魏文胜团队实现人类肿瘤免疫调控网络的单碱基精度解析

抗PD-1/PD-L1免疫检查点阻断（ICB）疗法虽然革新了癌症的临床治疗模式，但肿瘤患者体内PD-L1或HLA-I的异常表达仍然显著影响其疗效¹。近年来，多项研究利用CRISPR/Cas9筛选技术系统性揭示了调控肿瘤细胞PD-L1和HLA-I表达的关键因子^2-5。然而，受传统CRISPR筛选体系分辨率的限制，目前研究主要集中在基因层面的调控机制解析，而对位点层面的精细调控网络仍缺乏深入理解。值得注意的是，肿瘤基因组中的体细胞突变可以通过调控这些关键免疫因子的表达，显著影响肿瘤的发生、发展及ICB疗法的敏感性。国际癌症基因组联盟（ICGC）数据库分析表明，单核苷酸变异（SNV）占体细胞突变的90%以上。然而，当前对这些遗传变异的生物学功能及其临床意义仍缺乏系统性认知，许多临床相关突变的功能尚未得到充分解析。

2025年3月19日，北京大学基因功能研究与操控全国重点实验室/昌平实验室魏文胜课题组在《Signal Transduction and Targeted Therapy》杂志发表了题为“Massively parallel interrogation of human functional variants modulating cancer immunosurveillance”的研究论文。该研究基于单碱基分辨率的高通量筛选技术，首次系统性鉴定出大量影响PD-L1和HLA-I表达的关键功能位点，构建了全新的肿瘤免疫调控分子图谱，为精准免疫治疗提供了重要理论基础。

课题组此前构建了一套基于腺嘌呤碱基编辑器（ABEmax）的sgRNA文库，包含约82万个sgRNA，覆盖人类基因组中所有可设计的潜在磷酸化修饰位点，包括丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸⁶。本研究利用该sgRNA文库，在人恶性黑色素瘤细胞A375中进行高通量功能筛选（图1a），成功鉴定出上千个调控PD-L1和HLA-I表达的全新功能位点（图1b–d）。通过大规模单独验证，研究证实这些位点不仅包括已知基因上的未被报道的调控位点，还涵盖了一系列全新的调控基因及其关键功能位点，其中许多与磷酸化修饰密切相关，尤其是IFNγ信号通路相关的基因。

深入分析显示，这些突变的影响不仅限于磷酸化修饰过程的改变，还可通过多种机制调控基因功能，包括干扰mRNA或蛋白质稳定性、影响DNA结合能力、改变蛋白质-蛋白质相互作用以及调控酶活性等。这些多层次的调控作用最终影响免疫分子的表达水平，为解析肿瘤免疫微环境的动态调控提供了新视角。

图1 基于ABEmax系统的高通量筛选鉴定调控PD-L1和HLA-I表达的功能位点

研究还发现了多种同时调控PD-L1和HLA-I表达的关键突变，例如临床相关突变SETD2_Y1666。SETD2是主要的组蛋白甲基转移酶，负责催化H3K36三甲基化(H3K36me3)。研究发现，Y1666位点的突变虽不影响SETD2的mRNA和蛋白表达水平，却能严重破坏其H3K36me3的催化功能，进而导致PD-L1和HLA-I的同步上调。这一发现表明，SETD2_Y1666突变可能通过调控染色质状态影响肿瘤免疫逃逸。

进一步的动物实验表明，在黑色素瘤和结肠癌模型中，该突变能够显著增强CD8+ T细胞的浸润及细胞毒性，并有效提高抗PD-1治疗的疗效（图2a–b）。此外，在多种人类肿瘤细胞系（黑色素瘤A375和A875、纤维肉瘤HT1080、乳腺癌MCF-7）中，该突变均表现出一致的免疫调控作用，凸显了其在临床应用中的广谱价值（图2c）。这一发现与近期多项临床研究结果相呼应，这些临床研究表明，携带SETD2失活突变的不同癌症类型的患者对ICB治疗具有更显著的响应。

本研究进一步整合ICGC和COSMIC数据库的多组癌症患者数据，发现本研究筛选出的关键位点在临床上具有较高的相关性，约40%的位点可在现有临床数据库中找到对应突变（图2d）。这一研究首次在单氨基酸/单碱基分辨率层面系统性解析了PD-L1和HLA-I的表达调控网络，为预测肿瘤免疫应答和ICB治疗效果提供了重要的临床生物标志物，同时也为癌症临床诊断、ICB治疗及创新药物研发提供了全新的视角。

图2 筛选鉴定出的代表性临床相关位点及其在多种肿瘤模型和细胞系中的免疫调控功能

昌平实验室副研究员刘莹博士、北京大学已出站博士后刘永烁博士（现任山东省肿瘤医院检验科副研究员）、北京大学生命科学学院博士研究生牛煦然、前沿交叉学科研究院博士研究生陈盎以及昌平实验室博士后李依舟博士为该论文的共同第一作者。该研究得到了昌平实验室、国家自然科学基金、北大-清华生命科学联合中心、泰山学者基金及中国博士后基金的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41392-025-02171-5

参考文献：

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