FOXA1过表达抑制癌症中的干扰素信号和免疫反应
2022.05.25
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本期向大家介绍一篇发表在The Journal of Clinical Investigation的一篇关于FOXA1过表达抑制癌症中的干扰素信号和免疫反应的文章,文章题目为:FOXA1 overexpression suppresses interferon signaling and immune response in cancer。DOI:10.1172/JCI147025,影响因子:14.801。


原文链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34101624/


转录因子FOXA1是前列腺癌(PCa)和管腔乳腺癌(BCa)细胞中雄激素受体(AR)和雌激素(ER)受体活性所必需的先峰因子。FOXA1基因也与这两种癌症有关,因为它经常发生突变。FOXA1的体细胞点突变频率约为4%至8%,并且FOXA1突变通过重新编程这些癌症类型中AR和其他因子的功能来促进癌症进展。在目前的研究中,我们确定了FOXA1在抑制IFN信号和癌症免疫反应中的作用,这驱动了癌症免疫逃避和治疗抗性。


一、研究结果

1、FOXA1在PCa和BCa中与IFN信号活性呈负相关。

研究者通过对TCGA 中PCa和BCa的RNA测序(RNA-seq)数据集进行了荟萃分析,以寻找与IFN活性负相关的基因。基因集富集分析(GSEA)揭示了TCGA中PCa和BCa患者队列中FOXA1和IFN反应基因表达之间的负相关关系(图1A)。为了证实荟萃分析数据,在PCa患者样本中进行了单细胞RNA-seq (scRNA-seq),并证明FOXA1水平与管腔细胞群中IFN应答信号基因和APM基因的表达呈负相关(图1B)。对来自两组BCa患者标本的scRNA-seq数据进行荟萃分析,从BCa细胞获得了类似的结果(图1C)。


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2、FOXA1结合STAT2 DNA结合域,抑制STAT2的DNA结合能力。

免疫荧光细胞化学分析结果显示IFN-α处理增加了IFN信号传导主要效应物STAT1和STAT2蛋白在细胞核中的定位,在细胞核中它们与FOXA1共定位(图2A)。Co-IP分析显示FOXA1在用IFN-α处理的LNCaP和MCF7细胞的细胞核中以内源性水平与STAT1和STAT2相互作用(图2,B和C)。GST pulldown实验显示FOXA1-M (aa 247–294)的C-末端部分(FOXA1的STAT2结合区SBR)的缺失消除了FOXA1与STAT2的DNA结合域(DBD)的相互作用(图2,D和E), FOXA1的两个缺乏DNA结合的突变体仍然能够结合STAT2 DBD并抑制IFN活性(图2,F和G),这表明FOXA1独立于其DNA结合功能抑制IFN信号传导。


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3、FOXA1抑制IFN-α诱导的STAT2染色质占位,其作用与肿瘤中其突变无关。

LNCaP和MCF7细胞株的ChIP-qPCR验证了IFNα刺激和FOXA1-KD增强了STAT2与在染色质上与典型的IFN信号基因位点如ISG15、IFI44、HLA-E和PSMB9的结合 (图3D)。WT-FOXA1 和 DNA 结合缺陷突变体FOXA1ΔαH3 而非STAT2 结合缺陷突变体 FOXA1ΔSBR 的恢复表达逆转了 FOXA1-KD 增强的 STAT2 在靶位点的结合(图 3D),说明FOXA1以依赖于STAT2的FOXA1结合的方式抑制STAT2染色质结合和IFN信号传导,但是这种作用不需要FOXA1的DNA结合活性。


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4、通过转录组分析鉴定受FOXA1影响的STAT2靶基因。

研究者对STAT2 ChIP-seq和RNA-seq数据进行了整合分析,确定了62个FOXA1抑制的STAT2靶基因(图4A)。GO-BP分析显示,这组基因与干扰素或免疫反应密切相关(图4B)。重要的是,研究者发现 FOXA1-KD在用IFN-α处理的LNCaP细胞中诱导这组基因的上调;然而,STAT2 co-KD逆转了这种效应(图4)。通过进行RT-qPCR分析显示FOXA1过表达降低了FOXA1-negative DU145细胞中STAT2靶基因子集的表达,并且在IFN-α刺激下,FOXA1-high LNCaP细胞中的FOXA1-KD增加了该基因子集的表达(图4,D和E)。这些结果表明,FOXA1抑制一组IFN-α刺激的STAT2靶基因的表达,这些基因与IFN信号和免疫反应高度相关。


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5、FOXA1过表达抑制小鼠和患者的抗癌免疫反应。

构建小鼠PCa模型,Poly(I:C)给药降低了大多数缺乏内源性Foxa1表达(TRAMP)小鼠的对照肿瘤的生长,延长了小鼠的总体生存期(图5,A和B)。相比之下,poly(I:C)在过表达WT-FOXA1和FOXA1ΔαH3的肿瘤中生长抑制作用大大减弱,但FOXA1ΔSBR没有(图5,A和B)。此外,在使用poly(I:C)处理的对照肿瘤中,TILs,特别是CD8+ T细胞(包括细胞毒性[GZMB+] CD8+ T细胞)明显增加。研究者对先前报告的数据的荟萃分析显示,与敏感肿瘤相比,耐药肿瘤中FOXA1 mRNA水平高得多,而效应T (Teff)细胞标记基因的表达和IFN活性与鼠乳腺肿瘤对抗-PD-1和抗-CTLA4联合治疗的反应呈正相关(图5C)。


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使用多西环素诱导的shRNAs有效地敲除了小鼠MyC-CaP PCa细胞系中的内源性FOXA1,并证明FOXA1-KD在IFN-α处理后增强了MyC-CaP细胞中的IFN信号(图6A)。使用这些稳定的MyC-CaP细胞系建立了PCa小鼠模型,并用抗PD-1和抗CTLA4抗体联合或不联合多西环素治疗小鼠。证明了多西环素处理的FOXA1-KD增强了MyC-CaP肿瘤中抗-PD-1和抗-CTLA4的治疗效果(图6,B–E)。FFOXA- KD还增加了MyC-CaP肿瘤中IFN反应基因的表达和细胞毒性CD8+细胞的积累(图6,F和G)。这些数据不仅表明FOXA1介导对ICI免疫疗法的抗性,而且暗示FOXA1是使PCa对ICI敏感的可行靶点。


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为了探索FOXA1是否与新辅助化疗(NAC)相关的免疫反应相关,研究者对126例BCa患者的RNA-seq数据分析,与有病理完全缓解(pCR)的肿瘤相比,无pCR的肿瘤中FOXA1的基因水平明显更高,而IFN的活性则相反(图7A)。与pCR肿瘤相比,无pCR肿瘤表达的Teff细胞标记基因表达水平低得多,而FOXA1的表达水平高得多(图7A),支持FOXA1在BCa患者中负调节IFN信号和免疫反应的作用。在3个独立的BCa队列中也观察到高FOXA1表达与低IFN活性和NAC抗性的关联(图7,B–D)。


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研究者还评估了膀胱癌中FOXA1与IFN激活和ICI免疫治疗反应的关系。类似于PCa和BCa的结果,FOXA1的表达与IFN应答信号和APM基因的水平呈负相关,但与TMB无关(图8,B和C)。此外,使用免疫组织化学(IHC)检测了22例膀胱、输尿管和肾盂尿路上皮癌患者在抗PD-1治疗前的FOXA1蛋白表达。研究发现,表达较高FOXA1蛋白水平的肿瘤患者无进展生存率低得多(图8D)。


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总之,来自PCa、BCa和膀胱癌患者的数据表明,FOXA1的过度表达有助于临床上的免疫逃避以及免疫和化疗耐药性。


二、小 结

FOXA1过表达介导的STAT2 DNA结合和IFN信号基因表达抑制是不同癌症类型(包括PCa、BCa和膀胱癌)免疫逃避的机制。FOXA1的这种作用既不依赖于它的先锋因子功能,也不依赖于它在癌症中检测到的突变。


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