新冠疫情的全球蔓延、巨大的生活及工作压力严重影响人类身心健康，抑郁、彷徨、焦虑已经成为很多人的生活常态，精神心理异常给人类健康带来了极大的隐患。流行病学研究表明长期心理压力可促进肿瘤进展1，越来越多的研究也表明神经内分泌系统对肿瘤发展具有重要调控作用，但是神经内分泌紊乱调节免疫系统尤其是肿瘤免疫逃逸的功能和机制仍有待深入研究2。近年来的研究表明，精神压力通过HPA轴、中枢神经系统释放的神经递质和神经肽等物质在肿瘤发生、发展中发挥关键作用，但精神压力调控肿瘤免疫微环境及肿瘤免疫逃逸的机制尚不清楚。G蛋白偶联受体（GPCR）作为人体中最大的受体家族，是细胞感知外界环境信号变化的最重要途径。免疫细胞表面表达大量GPCR，这些GPCR通过感知肿瘤免疫微环境中多种内源性配体的变化，对免疫应答进行精准调控。有趣的是，神经内分泌系统释放的神经肽、前列腺素、肾上腺素及多巴胺等活性物质作用的受体也是GPCR，通过调控细胞功能形成复杂的神经内分泌免疫调控网络3。
威尼斯官网刘明耀教授团队长期从事GPCR介导的生理、病理功能调控和细胞信号转导机制研究，并深入开展了靶向GPCR的药物发现，已经形成一套成熟的GPCR基础研究和应用转化的技术平台。团队杜冰教授近年来聚焦于GPCR在感染、炎症以及肿瘤免疫微环境中的功能调控研究，相继发现了以GPR54（2018, Science Advances）4、Lgr4（2018, Cancer Research）5、P2Y6（2020, Cellular& Molecular Immunology）6、P2Y1（2020，Mucosal Immunology）7等GPCR的重要免疫调控作用，为抗肿瘤免疫调控的分子机制及相关药物的开发奠定了理论基础。同时团队将肿瘤免疫调控与CAR-T细胞治疗技术有机结合，重点突破肿瘤组织中的抑制性免疫微环境，相继在国内开展了针对急性淋巴细胞白血病、B细胞淋巴瘤以及前列腺癌等一系列CAR-T临床研究。
团队揭示了kisspeptin/GPR54信号轴在精神压力促进肿瘤生长中的重要作用，进而发现GPR54促进肿瘤免疫微环境中T细胞耗竭介导肿瘤免疫逃逸的分子机制，并在此基础上提出敲除GPR54及其下游ERK5信号通路增强CAR-T细胞抗肿瘤活性的新策略，为免疫细胞治疗效果的提高提供了新靶点和新思路。
GPR54作为经典的GPCR对青春期性腺发育8、肿瘤转移9以及动脉粥样硬化10中具有重要调控作用，项目组在前期的研究中发现GPR54在抗病毒天然免疫应答中发挥了重要的调控作用，然而其在肿瘤免疫微环境中的作用却未见报道。论文首先构建了慢性精神压力小鼠模型，并对模型小鼠T细胞中差异表达的基因进行全面筛选，结果发现相比经典的神经内分泌相关信号通路，神经肽激素kisspeptin特异性受体GPR54的表达出现了显著的上升表达，临床相关性分析表明，肺腺癌和肺鳞癌患者GPR54的表达量与肿瘤浸润CD8+ T细胞呈明显负相关，且GPR54的高表达与肺腺癌患者的不良预后密切相关。AR诱导的精神压力模型小鼠血清中kisspeptin的含量显著增高，并通过GPR54抑制T细胞功能，诱导T细胞耗竭。进一步分子机制研究揭示，kisspeptin/GPR54可通过胞内钙离子激活下游ERK5信号，进而激活NR4A信号通路促进T细胞的耗竭。研究的发现提示心理健康和神经内分泌稳态对于肿瘤预防和治疗的重要意义，也为预防和治疗精神压力相关肿瘤提供了新靶点和新思路。
在此基础之上，研究人员还分别构建了靶向人CD19和PSMA的CAR-T细胞，并利用CRISPR/CAS9技术对其进行基因编辑，结果表明GPR54或ERK5基因的敲除可以显著提高CAR-T细胞对肿瘤细胞的杀伤，降低CAR-T细胞的耗竭表型，为突破实体瘤免疫抑制屏障，提高肿瘤免疫细胞治疗效果提供了新的思路。
该研究成果日前在国际杂志Advanced Science上以“Neuroendocrine Regulation of Stress-Induced T Cell Dysfunction during Lung Cancer Immunosurveillance via the Kisspeptin/GPR54 Signaling Pathway” 为题发表，3200威尼斯vip杜冰教授、刘明耀教授以及秦居亮副研究员为论文的共同通讯作者，3200威尼斯vip博士生张苏和俞方菲为论文的共同第一作者。该研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市基因编辑与细胞治疗前沿科学研究基地、上海市教委科研创新计划项目的资助。
论文信息：
Neuroendocrine Regulation of Stress-Induced T Cell Dysfunction during Lung Cancer Immunosurveillance via the Kisspeptin/GPR54 Signaling Pathway
Su Zhang, Fangfei Yu, Anran Che, Binghe Tan, Chenshen Huang, Yuxue Chen, Xiaohong Liu, Qi Huang, Wenying Zhang, Chengbin Ma, Min Qian, Mingyao Liu, Juliang Qin, Bing Du
Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202104132
原文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202104132
参考文献
1 Lu, D. et al. Clinical Diagnosis of Mental Disorders Immediately Before and After Cancer Diagnosis: A Nationwide Matched Cohort Study in Sweden. JAMA Oncol 2, 1188-1196, doi:10.1001/jamaoncol.2016.0483 (2016).
2 Yang, M. et al. Psychological intervention to treat distress: An emerging frontier in cancer prevention and therapy. Biochim Biophys Acta Rev Cancer 1877, 188665, doi:10.1016/j.bbcan.2021.188665 (2022).
3 Heng, T. S., Painter, M. W. & Immunological Genome Project, C. The Immunological Genome Project: networks of gene expression in immune cells. Nat Immunol 9, 1091-1094, doi:10.1038/ni1008-1091 (2008).
4 Huang, H. et al. Kisspeptin/GPR54 signaling restricts antiviral innate immune response through regulating calcineurin phosphatase activity. Sci Adv 4, eaas9784, doi:10.1126/sciadv.aas9784 (2018).
5 Tan, B. et al. Inhibition of Rspo-Lgr4 Facilitates Checkpoint Blockade Therapy by Switching Macrophage Polarization. Cancer Res 78, 4929-4942, doi:10.1158/0008-5472.CAN-18-0152 (2018).
6 Qin, J. et al. The UDP/P2y6 axis promotes lung metastasis of melanoma by remodeling the premetastatic niche. Cell Mol Immunol 17, 1269-1271, doi:10.1038/s41423-020-0392-0 (2020).
7 Zhang, C. et al. ADP/P2Y1 aggravates inflammatory bowel disease through ERK5-mediated NLRP3 inflammasome activation. Mucosal Immunol 13, 931-945, doi:10.1038/s41385-020-0307-5 (2020).
8 Seminara, S. B. et al. The GPR54 gene as a regulator of puberty. N Engl J Med 349, 1614-1627, doi:10.1056/NEJMoa035322 (2003).
9 Cho, S. G., Li, D., Tan, K., Siwko, S. K. & Liu, M. KiSS1 and its G-protein-coupled receptor GPR54 in cancer development and metastasis. Cancer Metastasis Rev 31, 585-591, doi:10.1007/s10555-012-9367-7 (2012).
10 Watanabe, T. & Sato, K. Roles of the kisspeptin/GPR54 system in pathomechanisms of atherosclerosis. Nutr Metab Cardiovasc Dis 30, 889-895, doi:10.1016/j.numecd.2020.02.017 (2020).