我们都知道，肿瘤细胞的“精明”之处在于它可以通过免疫编辑来规避免疫识别，从而逃避免疫系统的攻击。免疫编辑涉及免疫检查点分子的调节，如程序化细胞死亡配体-1（PD-L1）。表达在T细胞上的PD-1与肿瘤细胞上的PD-L1之间的相互作用抑制CD8+T细胞的激活和扩张，使癌细胞能够逃避免疫破坏[1,2]。
针对PD-L1/PD-1轴的检查点阻断疗法已显示出临床疗效[3]。然而，大多数患者对这些治疗反应较差，这通常可归因于肿瘤微环境的免疫抑制性质[4]。因此，研究PD-L1调控的分子机制，探索提高抗PD-1/PD-L1治疗效果的策略具有重要的临床和科学意义。
PD-L1在肿瘤细胞上的表达受多种因素的调节，包括几种翻译后修饰，如糖基化、泛素化、棕榈酰化和磷酸化[5]。泛素化对几个生理过程至关重要，包括细胞存活和分化以及先天和获得性免疫[6]。PD-L1的泛素化和去泛素化调节其蛋白酶体的降解，进而影响PD-1/PD-L1介导的免疫抑制[7]。靶向PD-L1的翻译后修饰被证明是抗肿瘤治疗的有效途径。进一步阐明与PD-L1翻译后修饰相关的效应分子可能有助于发现癌症治疗的免疫治疗靶点。
近日，浙江大学林爱福、周如鸿、周天华，西湖大学李旭，以及加州大学欧文分校Wang Wenqi带领研究团队取得显著成果，发现跨膜和和泛素样结构域含蛋白1（TMUB1）可作为肿瘤细胞中PD-L1翻译后修饰的调节剂，并在Nature Communications发表了研究论文。
此项研究表明，TMUB1调节PD-L1的细胞丰度以促进癌细胞逃逸，是一个很有前途的免疫治疗靶点，且有助于提供对肿瘤免疫治疗的新见解。
图1 文章封面截图
在这项研究中，基于癌症基因组图谱 (TCGA) 中浸润性乳腺癌 (BRCA) 的表达数据对 PD-L1 进行基因富集分析 (GSEA)，研究人员发现肿瘤中PD-L1糖基化和磷酸化水平高于非恶性组织。此外，几种翻译后修饰途径被上调，意味着PD-L1的翻译后修饰可能是肿瘤的一个特征和免疫治疗的潜在靶点。
研究人员通过免疫组织化学（IHC）和RT-qPCR分析，TMUB1和PD-L1的高水平与生存率显著相关，患者肿瘤组织中CD8+T细胞的IL-1水平与TMUB1的蛋白水平呈负相关。表明TMUB1可调节PD-L1，促进肿瘤的免疫逃逸。
图2 TMUB1可调节PD-L1，促进肿瘤的免疫逃逸
TMUB1 通过何种机制来稳定 PD-L1？质谱数据揭示了一种名为 HUWE1 的 E3 连接酶（包含泛素 E3 连接酶的多方面 HECT 结构域，与肿瘤发生和转移有关），其肽评分接近 TMUB1，作为 PD-L1 的结合蛋白，表明 HUWE1 和 TMUB1 对 PD-L1 具有相当的结合能力。在内质网中，TMUB1与PD-L1结合以防止后者与E3连接酶HECT，UBA和WWE结构域蛋白1（HUWE1）相互作用。
图3 TMUB1 保护 PD-L1 免受 HUWE1 介导的 ER 相关降解
来自Linkedomics的CPTAC BRCA 数据库的蛋白质组学数据显示，STT3A （寡糖基转移酶 （OST）复合物的催化亚基，可催化 PD-L1 的 N-糖基化）是与 TMUB1 最显着相关的蛋白质之一，并且根据对TMUB1 相关蛋白质的 GSEA 分析显示 TMUB1 是与糖基化过程密切相关。研究人员发现 TMUB1 和 PD-L1 都与 STT3A 相互作用，TMUB1 过表达增强了 PD-L1 和 STT3A 之间的相互作用。因此，TMUB1 通过增强 PD-L1 与 STT3A 的结合来促进 PD-L1 糖基化，从而使PD-L1能够逃逸ERAD。
图4 TMUB1 通过增强 PD-L1 与 STT3A 的结合来促进 PD-L1 糖基化
接下来，研究人员使用野生型和稳定的TMUB1敲低MDA-MB-231和MDA-MB-468乳腺癌细胞系与活化的外周血单核细胞（PBMC）共培养进行了T细胞杀伤测定。肿瘤组织的 IHC 和流式细胞术分析显示 TMUB1 敲低显著降低了 EO771 肿瘤细胞中的 PD-L1 水平。与此一致，与对照组小鼠相比，TMUB1 敲低组中的小鼠表现出更长的存活时间。此外，炎症细胞因子和 T 细胞趋化因子（包括 IFN-γ、TNFα、CCL-5 和 CXCL-10）的表达随着 TMUB1敲低而增加。这一观察结果表明，肿瘤细胞中 TMUB1的缺失破坏了免疫抑制性肿瘤免疫微环境，导致抗肿瘤免疫反应增强。因此得出了结论，TMUB1 在调节 PD-L1 以在抗肿瘤免疫方面发挥着重要作用。
图5 TMUB1 敲低通过 PD-L1 降解促进体内抗肿瘤免疫
鉴于 TMUB1 在PD-L1 调节中的重要作用及其潜在的临床意义，研究人员探索了基于 TMUB1 的治疗策略。团队开发了FITC标记的PR结构域的肽并命名为PTPR（TMUB1 PD-L1调节结构域的肽）。PTPR 的添加削弱了 PD-L1 和 TMUB1 之间的结合，增强了 HUWE1 与 PD-L1 的结合，进而促进其泛素化降解并降低了 TMUB1 过表达引起的 PD-L1 蛋白水平。此外， PTPR 增强了 T 细胞对肿瘤细胞的杀伤，以及 T 细胞中 TNF-α 和 IFN-γ 的表达水平。
图6 PTPR 竞争性肽阻止 TMUB1 对 PD-L1 的上调
注射 PTPR 的小鼠的肿瘤生长受到显着抑制并且寿命延长，显示出良好的疗效。PTPR 用于通过靶向 TMUB1 来限制肿瘤组织中的 PD-L1，并且在 EO771 荷瘤 C57BL/6 小鼠中存在/不存在 PTPR 的情况下进行αCTLA4 治疗。PTPR 治疗和 αCTLA4 治疗均显着降低了肿瘤生长。有趣的是，两种免疫疗法的结合取得了更好的疗效，肿瘤生长进一步减少，甚至在荷瘤小鼠中观察到完全消退和存活时间延长，这归因于活化的 CD8 +细胞毒性 T 细胞水平的增加（GzmB +）在联合疗法产生的肿瘤中浸润。这些数据可以表明， PTPR 是一种很有前途的药物，可以增强抗肿瘤免疫力和 αCTLA4 免疫检查点阻断免疫疗法。
图7 PTPR的体内抗肿瘤作用
总而言之，该研究揭示了 PD-L1 的两个调节因子，即 TMUB1 和 HUWE1，并将 TMUB1 与癌细胞的免疫逃避联系起来。此外，研究发现 TMUB1 通过调节 PD-L1 的翻译后修饰，保护其不与 HUWE1 结合，募集 STT3A 促进 PD-L1 糖基化，从而使其免于 ERAD 降解，促进肿瘤发生，诱导 PD-L1 的稳定性通过促进 PD-L1 介导的免疫逃避在体内生长。为此，团队开发了靶向TMUB1的肽，并在小鼠身上取得了显着的治疗效果。
图8 PD-L1 和 HUWE1 的 TMUB1 调节示意图
由此研究我们可以得出，TMUB1 是一个潜在的候选靶点，由于其对肿瘤微环境中 PD-L1 水平的影响，可用于改善癌症免疫检查阻断疗法的结果。
