作为癌症的重要特性之一，染色体不稳定性会导致微核（micronuclei）的形成，后者易于破裂的特性使双链DNA暴露于胞质中，结合双链DNA感受器cGAS【1】。cGAS催化信使分子cGAMP的合成，激活接头分子STING，从而活化I型干扰素通路，增加肿瘤细胞的免疫原性及免疫细胞的浸润。
除了胞内通路，肿瘤细胞合成的cGAMP亦会释放至胞外，被浸润于肿瘤微环境中的免疫细胞所摄取，激活后者胞内的STING通路，增强其杀伤力【2,3】。目前发现，肿瘤细胞通过使胞内的STING通路将信号更多转导至非经典NF-κB通路而非IFN通路，从而实现免疫逃逸，且NF-κB的非经典途径活化反而加速了癌症进展【4】。然而，肿瘤是否存在针对胞外cGAMP的免疫逃逸机制尚不清楚。
12月28日，美国纪念斯隆凯特琳癌症中心Samuel F. Bakhoum等在Cancer Discovery杂志在线发表题为Metastasis and immune evasion from extracellular cGAMP hydrolysis的研究论文，发现肿瘤细胞通过ENPP1水解胞外的cGAMP抑制免疫细胞的活化，且cGAMP水解后产生的腺苷进一步抑制了抗肿瘤免疫，并促进肿瘤转移。
作者首先构建了染色质高度不稳定和低度不稳定的MDA-MB-231乳腺癌细胞系，发现胞外核苷酸酶ENPP1在前者中高表达，且富集于细胞膜上。在小鼠肺腺癌模型（搭载KRAS-G12D突变及p53缺失）中，ENPP1在普通组织中表达量很低，其表达量随肿瘤进展和转移而逐渐升高。敲除ENPP1并不影响肿瘤的生长，但抑制了其转移，且敲除ENPP1后胞外/胞内cGAMP水平比大幅上升。缺失酶活性的ENPP1-T328A突变体则并不影响肿瘤转移，表明ENPP1的促转移功能是依赖其核苷酸酶活性的。
之前已有报道发现ENPP1可以水解cGAMP产生AMP和GMP[5]，AMP可以在胞外被CD73（NT5E）水解为腺苷，而腺苷可以抑制抗肿瘤免疫并促进肿瘤转移。基于此，作者采用了加入EHNA（腺苷脱氨酶抑制剂）和NMBPR（抑制细胞摄取腺苷）的培养基，发现敲除cgas或ENPP1显著降低了培养基中的腺苷含量，并抑制了4T1细胞迁移。相应地，过表达ENPP1或加入外源cGAMP则促进了4T1细胞迁移，但如果同时加入腺苷受体A2B抑制剂PSB115，则恢复了4T1细胞的迁移水平。以上结果表明，ENPP1通过水解cGAMP并最终产生腺苷，促进癌细胞的转移。
进一步，作者发现在小鼠成瘤模型中，敲除肿瘤细胞的ENPP1可以促进GM-CSF的产生，并增强了各种免疫细胞的浸润，并抑制了肿瘤转移。共敲除4T1细胞中的cgas和ENPP1则降低了免疫细胞的浸润水平，表明ENPP1对肿瘤免疫的抑制依赖于胞内cGAS产生的cGAMP。此外，在小鼠模型中，ENPP1的缺失加强了免疫检查点封闭疗法（ICB）的疗效，而ICB则对过表达ENPP1的肿瘤完全无效。但在缺失STING（TMEM173-/-）的小鼠中，ENPP1对ICB的疗效没有影响，说明ENPP1可能通过水解cGAMP抑制了浸润免疫细胞中的STING激活，从而达成免疫抑制。而在4T1细胞中敲除STING反而抑制了肿瘤的转移。
ENPP1和cGAS对ICB在荷瘤小鼠上的疗效的影响
最后，作者通过对临床样本的分析，发现ENPP1在多种肿瘤的转移灶内高表达。数据库分析表明，当肿瘤细胞cGAS低表达时，ENPP1表达量与免疫细胞的浸润无关；但当cGAS高表达时，ENPP1表达量与免疫细胞的浸润及ICB的疗效显著负相关。cGAS和ENPP1共同高表达的三阴性乳腺癌（TNBC）患者预后最差。同时值得注意的是，TNBC肿瘤微环境的基质细胞中ENPP1表达量同样较高，表明肿瘤细胞可能通过某种机制上调了微环境其它细胞中ENPP1的表达量，以共同促进免疫逃逸。
机制示意图
综上，本文报道了ENPP1通过水解肿瘤细胞cGAS产生的胞外cGAMP，抑制浸润免疫细胞中STING的活化，并通过AMP进一步水解产生的腺苷促进肿瘤转移。本文不仅揭示了新的潜在癌症治疗靶点，结合作者课题组之前对STING促进肿瘤转移的报道，更对当前抗癌界炙手可热的新星——STING激动剂的应用提出了潜在风险，尤其是通过cGAS激活STING的寡核苷酸类分子。这提示我们STING激动剂的适应症和给药方式都需要更精确的把控。作者提出，靶向ENPP1可能比直接激活STING更具应用价值：一方面，抑制ENPP1可能使更多cGAMP趋向分泌至胞外，活化免疫细胞，而非激活胞内的STING，从而避免STING激动剂的双刃剑作用；另一方面，ENPP1在普通组织中表达量很低，在染色质高度不稳定的转移性肿瘤中则表达量高，故其抑制剂有相对明确的适应症，且给药方式不需要像STING激动剂一样复杂。
原文链接：
/content/early//12/23/2159-8290.CD-20-0387
参考文献：
1. Harding SM, Benci JL, Irianto J, Discher DE, Minn AJ, Greenberg RA. Mitotic progression following DNA damage enables pattern recognition within micronuclei.Nature. ;548(7668):466-470. doi:10.1038/nature23470
2. Marcus A, Mao AJ, Lensink-Vasan M, Wang L, Vance RE, Raulet DH. Tumor-Derived cGAMP Triggers a STING-Mediated Interferon Response in Non-tumor Cells to Activate the NK Cell Response.Immunity. ;49(4):754-763.e4. doi:10.1016/j.immuni..09.016
3. Carozza, J.A., Bhnert, V., Nguyen, K.C. et al. Extracellular cGAMP is a cancer-cell-produced immunotransmitter involved in radiation-induced anticancer immunity.Nat Cancer1, 184–196 (). doi:10.1038/s43018-020-0028-4
4. Bakhoum SF, Ngo B, Laughney AM, et al. Chromosomal instability drives metastasis through a cytosolic DNA response.Nature. ;553(7689):467-472. doi:10.1038/nature25432
5. Li L, Yin Q, Kuss P, et al. Hydrolysis of 23-cGAMP by ENPP1 and design of nonhydrolyzable analogs.Nat Chem Biol. ;10(12):1043-1048. doi:10.1038/nchembio.1661
来源：BioArt
