染色體缺失（LOY）與膀胱癌有關（10-40%），但其臨床和生物學意義尚不清楚。本研究對自然發生的LOY突變型膀胱癌細胞以及通過CRISPR-Cas9靶向缺失Y染色體的細胞進行了深入的研究。結果發現，Y陽性（Y+）和Y陰性（Y-）腫瘤在體外生長相似，而在體內Y-腫瘤比Y+腫瘤更具侵襲性。LOY突變的癌細胞改變了T細胞的功能，促進T細胞衰竭，并使其對PD-1靶向免疫治療更敏感。Y染色體相關基因UTY和KDM5D的缺失有可能成為確定膀胱癌臨床侵襲性的重要預后因素。通過單核RNA測序和空間蛋白質組學分析，對上述結果進行了進一步驗證，為了解LOY突變生物學機制和改善癌癥免疫治療的潛在生物標志物提供了見解。

文章詳情

中文題目：Y染色體丟失通過適應性免疫逃逸來驅動腫瘤生長

發表時間：2023.06

期刊名稱：Nature

影響因子：64.8

實驗平臺：單核細胞測序、光譜流式細胞術、GeoMx DSP、CODEX、全轉錄組測序、全外顯子測序

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06234-x

01 研究結果

1、LOY與患者較差的預后相關

首先，研究者根據膀胱內膜正常細胞中Y染色體相關的18個編碼基因的表達模式，開發了一種評分系統來測量癌癥中Y染色體的缺失。然后，利用該評分對TCGA數據庫中300名肌肉浸潤性膀胱癌（MIBC）的男性患者的生存率進行分析。通過評分將樣本分為兩組：Yhigh（n=182）和 Ylow（n=118）組，Ylow組生存率明顯低于Yhigh組。同時，研究者發現，4個Y染色體基因（KDM5D、UTY、TBL1Y和ZFY）表達減少與預后不良有關。

Fig 1 LOY與男性MIBC患者較差的預后有關

2、建立LOY小鼠膀胱癌模型研究腫瘤侵襲性機制

為了確定為什么缺少Y染色體的膀胱癌更具侵襲性，研究人員接下來通過小鼠膀胱癌模型進行進一步研究。研究者評估了MB49的Y染色體基因表達（小鼠膀胱癌細胞系，已被研究證明會自然失去Y染色體），并進行體外和體內培養。在體外培養中，研究者發現Y−和Y+亞群之間的增殖沒有差異。將Y−和Y+系皮下注射到野生型雄性C57BL/6小鼠以及免疫缺陷小鼠模型中，研究LOY對體內腫瘤生長的影響。結果發現，在免疫系統完整的小鼠中，Y−腫瘤生長速度比Y+腫瘤更快；而在免疫缺陷Rag2−/−Il2rg−/−小鼠中生長速度相同，這表明Y−腫瘤可能與抗腫瘤適應性免疫逃避有關。接下來，研究者通過干預Y染色體相關基因的表達，進一步確定Y−腫瘤中導致免疫逃逸的分子驅動因素。結果發現，Uty和Kdm5d 與Y−腫瘤的抗腫瘤免疫功能受損，推測可能是確定膀胱癌臨床侵襲性的一個潛在的預后因素。

Fig 2 LOY以及Y染色體基因Kdm5d和Uty的缺失促進腫瘤生長

3、LOY癌細胞產生免疫抑制TME

研究者發現，在WT和B細胞缺陷小鼠中，Y−腫瘤生長更快；然而，在T細胞缺陷小鼠中，Y+和Y−腫瘤的生長速度無差異，說明內源性抗腫瘤T細胞免疫可能參與控制Y+腫瘤的生長。接下來，研究者通過光譜流式細胞術，研究Y+和Y−腫瘤之間的瘤內CD45+免疫細胞群的差異。結果發現，CD8+T細胞、免疫抑制巨噬細胞（CD11b+ F4/80+ LY6C− CD206+）以及PD-L1+ CD45+免疫細胞在Y−腫瘤中占有更高的比例，而Y+腫瘤中的腫瘤浸潤性巨噬細胞（CD11b+ F4/80+LY6C+ CD206−）表現出更顯著的炎癥性表型。使用GeoMX空間蛋白質組學分析，也發現在Y−腫瘤組織切片中F4/80+巨噬細胞數量增加以及PD-1/PD-L1表達增加。通過結合已發表的單細胞數據集結合流式細胞數據，發現Ylow腫瘤細胞含有更高比例的耗竭CD8+T細胞，支持了LOY腫瘤促進TME中CD8+ T細胞衰竭的推測。

Fig 3 Ylow 抑制T細胞免疫并賦予免疫抑制TME

接下來，研究者利用CODEX進一步驗證snRNA-seq結果，并在組織學上評估T細胞衰竭水平。結果與snRNA-seq分析一致，Ylow膀胱癌中含有更高比例的功能失調的CD8+ T細胞。并且TOX 在多種類型的CD8+T細胞和調節性T細胞中高表達，這些數據支持了LOY腫瘤促進TME中CD8+ T細胞衰竭的概念。

Ylow膀胱癌含有更高比例衰竭CD8+ T細胞

4、LOY腫瘤對anti-PD-1/PD-L1免疫治療的反應

研究者發現，與Y+腫瘤相比，Y−腫瘤模型在anti-PD-1治療后具有明顯的改善；在anti-PD-1治療后，Y−腫瘤的CD8+ T細胞對治療表現出更大的表型反應，從耗竭性狀態轉變到更活躍的分化狀態。而經同型對照抗體處理的Y−腫瘤顯示，CD8+ T細胞衰竭標志物TOX和TIM3的表達增加。接下來，研究者在IMvigor210（anti-PD-1）臨床試驗中，評估了Ylow和Yhigh膀胱癌患者的總生存期，發現Ylow膀胱癌患者在anti-PD-1治療后有更好的預后。

Ylow膀胱癌對anti-PD-1 ICB治療的反應

02 研究結論

LOY腫瘤通過促進CD8+ T細胞衰竭來逃避適應性免疫，在此過程中，LOY腫瘤對anti-PD-1 ICB也更敏感，其主要由于ICB介導了T細胞從衰竭分化為效應功能的轉變。在基因評估中，發現Y染色體相關基因UTY 和KDM5D 的缺失有可能成為確定膀胱癌臨床侵襲性的重要預后因素，用于膀胱癌患者ICB治療可能會獲得更好的治療反應以及生存結果。此外，UTY 和KDM5D 的短暫藥物抑制可能對正在接受ICB治療的Yhigh腫瘤患者提供更強的治療益處。