【导读】尽管免疫检查点阻断疗法（ICB）已广泛应用于黑色素瘤治疗，但其临床响应率仍然较低。环状非编码RNA（circRNAs）在癌症进展中起着关键作用，可能是限制ICB治疗效果的关键因素。
9月28日，中国药科大学与南京医科大学研究人员合作在期刊《Molecular Cancer》上发表了题为“Circular RNA-encoded oncogenic PIAS1 variant blocks immunogenic ferroptosis by modulating the balance between SUMOylation and phosphorylation of STAT1”的研究论文，本研究中，与仅接受PD-1抑制剂治疗的对照组相比，联合治疗组中circPIAS1的表达显著下调，并显示出更高的蛋白质编码潜力。circPIAS1主要定位于细胞核中，在肿瘤组织中的表达明显高于相邻组织，在促进癌细胞增殖方面发挥着关键作用。该circRNA可以通过编码一种独特的108个氨基酸组成的多肽来发挥其促进癌症的功能，并阻碍ICB疗法的效果。机制上，circPIAS1-108aa通过招募SUMO E3连接酶Ranbp2来增强STAT1的SUMO化，从而激活SLC7A11/GPX4信号通路的转导，并限制IFNγ诱导的免疫原性细胞坏死。此外，ASO-circPIAS1与PD-1抑制剂的联合使用能够有效抑制黑色素瘤的生长，并在体内显著增强免疫药物的疗效。总之，本研究揭示了一种独特的机制，即由circPIAS1在黑色素瘤中编码的108aa肽通过调节STAT1的SUMO化和磷酸化之间的平衡，显著阻碍了ICB疗法诱导的免疫原性铁死亡，从而实现免疫逃避。这项工作揭示了circPIAS1-108aa是限制黑色素瘤免疫治疗效果的关键因素，并提出了改善ICB治疗效果的有希望的策略。
https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02124-6
背景知识
01
黑色素瘤起源于黑色素细胞的癌变，具有高度侵袭性、转移性和致命性。近年来，就发病率而言，它已成为增长最快的癌症类型之一，对全球个体构成严重威胁。目前，ICB疗法是治疗黑色素瘤的主要方法，如靶向PD-1/PD-L1的抑制剂，可破坏癌细胞对T细胞的保护作用，激活CD8+ T细胞并释放IFNγ，增强STAT1磷酸化，抑制SLC7A11/GPX4轴的下游转导，最终触发癌细胞免疫原性铁死亡。尽管取得了这些进展，但仍有超过一半的患者未能从ICB治疗中获得显著益处，甚至对治疗无响应。黑色素瘤中是否存在维持肿瘤进展并阻碍免疫检查点抑制剂起效的关键因素尚不清楚且迫在眉睫。
环状非编码RNA（circRNA）是一种由前体mRNA反向剪接形成环状共价闭合结构的调节性非编码RNA。这些circRNA对RNA酶具有抵抗力，并在体内保持稳定的功能。circRNA在疾病发展中经常扮演关键角色，尤其是在癌症中，它们作为关键调节因子发挥作用。据报道，circRNA可以通过多种途径影响癌症进展。此外，在KRAS突变肿瘤细胞中上调circATXN7转录物，它可以直接与p65亚基结合阻断其核定位，导致免疫疗法抵抗。同样地，circYBX1在高度侵袭性的肝细胞癌组织中也极为丰富，通过与YBX1相互作用，引发YBX1的液-液相分离，进而招募HnRNP家族降解TPM4 mRNA，加速肝癌转移。最近的研究表明，尽管circRNAs通常被归类为非编码RNA，但其中一部分具有编码蛋白质的能力。这些肽已被确定为影响肿瘤进展的关键因素。之前的研究发现，circ-E-cadherin是促进胶质母细胞瘤进展的关键因素。可是，其作用机制并不涉及miRNA sponge，而是依赖于多轮的翻译过程生成一个含有254个氨基酸的肽。该肽与EGFR的CR2结构域相互作用，最终重新激活下游EGFR通路，抵消EGFR抑制剂的作用。
抑制circPIAS1能增强PD-1抑制剂的抗黑色素瘤效果
02
为了研究circPIAS1在黑色素瘤中的作用及其作为治疗靶点的潜力，研究人员在C57BL/6J小鼠中建立了黑色素瘤皮下接种模型，并给予不同的治疗。研究人员设计了特异性的ASO来靶向并敲低circPIAS1的连接位点。使用PD-1抑制剂和IgG阴性对照来评估了ASO-circPIAS1对体内免疫疗法的影响。动物实验结果表明，包括体重和组织在内的小鼠健康状况未受治疗影响。此外，在单独给予ASO-circPIAS1或PD-1抑制剂后，肿瘤体积降低。联合治疗显示出最明显的抑制作用。这些发现表明，抑制circPIAS1与PD-1抑制剂的结合显著增强了免疫疗法的疗效，凸显了circPIAS1在限制免疫检查点抑制剂的抗肿瘤作用方面的作用。
靶向circPIAS1可显著增强免疫检查点抑制剂的抗黑色素瘤效果
为了探究circPIAS1是否可以通过抑制STAT1磷酸化过程来减轻免疫介导的铁死亡，研究人员对肿瘤组织进行了IHC染色分析。ASO-circPIAS1与PD-1抑制剂的联合治疗导致P-STAT1水平显著升高，而GPX4水平则呈相反趋势。此外，研究人员通过蛋白质免疫印迹试验观察了小鼠肿瘤组织中上述蛋白质的水平变化，这些结果与IHC结果一致。先前的研究表明，发生铁死亡的癌细胞可以调节免疫微环境并增强肿瘤免疫浸润。因此，研究人员评估了肿瘤组织中的铁死亡和免疫微环境。结果显示，癌细胞中的铁死亡显著增加，联合治疗后免疫环境中CD8+T细胞和IFNγ水平显著升高。
这些发现表明，circPIAS1敲低可以增强免疫检查点抑制剂的疗效，为改善临床黑色素瘤免疫治疗提供了一种新的方法。
研究小结
03
总之，本研究发现了一种独特的108个氨基酸长的肽（circPIAS1-108aa），由circPIAS1在人和小鼠黑色素瘤细胞中编码，它会削弱IFNγ的抗癌作用。此外，本研究揭示了黑色素瘤免疫逃逸的一种新机制，其中circPIAS1-108aa通过招募SUMO E3连接酶Ranbp2来增强STAT1(Tyr701)的SUMO化，从而抑制STAT1的磷酸化。这一过程激活了SLC7A11/GPX4信号通路，阻碍了IFNγ诱导的免疫原性细胞坏死，最终降低了ICB疗法在黑色素瘤中的有效性。
【参考资料】https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02124-6
【导读】尽管免疫检查点阻断疗法（ICB）已广泛应用于黑色素瘤治疗，但其临床响应率仍然较低。环状非编码RNA（circRNAs）在癌症进展中起着关键作用，可能是限制ICB治疗效果的关键因素。
9月28日，中国药科大学与南京医科大学研究人员合作在期刊《Molecular Cancer》上发表了题为“Circular RNA-encoded oncogenic PIAS1 variant blocks immunogenic ferroptosis by modulating the balance between SUMOylation and phosphorylation of STAT1”的研究论文，本研究中，与仅接受PD-1抑制剂治疗的对照组相比，联合治疗组中circPIAS1的表达显著下调，并显示出更高的蛋白质编码潜力。circPIAS1主要定位于细胞核中，在肿瘤组织中的表达明显高于相邻组织，在促进癌细胞增殖方面发挥着关键作用。该circRNA可以通过编码一种独特的108个氨基酸组成的多肽来发挥其促进癌症的功能，并阻碍ICB疗法的效果。机制上，circPIAS1-108aa通过招募SUMO E3连接酶Ranbp2来增强STAT1的SUMO化，从而激活SLC7A11/GPX4信号通路的转导，并限制IFNγ诱导的免疫原性细胞坏死。此外，ASO-circPIAS1与PD-1抑制剂的联合使用能够有效抑制黑色素瘤的生长，并在体内显著增强免疫药物的疗效。总之，本研究揭示了一种独特的机制，即由circPIAS1在黑色素瘤中编码的108aa肽通过调节STAT1的SUMO化和磷酸化之间的平衡，显著阻碍了ICB疗法诱导的免疫原性铁死亡，从而实现免疫逃避。这项工作揭示了circPIAS1-108aa是限制黑色素瘤免疫治疗效果的关键因素，并提出了改善ICB治疗效果的有希望的策略。
https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02124-6
背景知识
01
黑色素瘤起源于黑色素细胞的癌变，具有高度侵袭性、转移性和致命性。近年来，就发病率而言，它已成为增长最快的癌症类型之一，对全球个体构成严重威胁。目前，ICB疗法是治疗黑色素瘤的主要方法，如靶向PD-1/PD-L1的抑制剂，可破坏癌细胞对T细胞的保护作用，激活CD8+ T细胞并释放IFNγ，增强STAT1磷酸化，抑制SLC7A11/GPX4轴的下游转导，最终触发癌细胞免疫原性铁死亡。尽管取得了这些进展，但仍有超过一半的患者未能从ICB治疗中获得显著益处，甚至对治疗无响应。黑色素瘤中是否存在维持肿瘤进展并阻碍免疫检查点抑制剂起效的关键因素尚不清楚且迫在眉睫。
环状非编码RNA（circRNA）是一种由前体mRNA反向剪接形成环状共价闭合结构的调节性非编码RNA。这些circRNA对RNA酶具有抵抗力，并在体内保持稳定的功能。circRNA在疾病发展中经常扮演关键角色，尤其是在癌症中，它们作为关键调节因子发挥作用。据报道，circRNA可以通过多种途径影响癌症进展。此外，在KRAS突变肿瘤细胞中上调circATXN7转录物，它可以直接与p65亚基结合阻断其核定位，导致免疫疗法抵抗。同样地，circYBX1在高度侵袭性的肝细胞癌组织中也极为丰富，通过与YBX1相互作用，引发YBX1的液-液相分离，进而招募HnRNP家族降解TPM4 mRNA，加速肝癌转移。最近的研究表明，尽管circRNAs通常被归类为非编码RNA，但其中一部分具有编码蛋白质的能力。这些肽已被确定为影响肿瘤进展的关键因素。之前的研究发现，circ-E-cadherin是促进胶质母细胞瘤进展的关键因素。可是，其作用机制并不涉及miRNA sponge，而是依赖于多轮的翻译过程生成一个含有254个氨基酸的肽。该肽与EGFR的CR2结构域相互作用，最终重新激活下游EGFR通路，抵消EGFR抑制剂的作用。
抑制circPIAS1能增强PD-1抑制剂的抗黑色素瘤效果
02
为了研究circPIAS1在黑色素瘤中的作用及其作为治疗靶点的潜力，研究人员在C57BL/6J小鼠中建立了黑色素瘤皮下接种模型，并给予不同的治疗。研究人员设计了特异性的ASO来靶向并敲低circPIAS1的连接位点。使用PD-1抑制剂和IgG阴性对照来评估了ASO-circPIAS1对体内免疫疗法的影响。动物实验结果表明，包括体重和组织在内的小鼠健康状况未受治疗影响。此外，在单独给予ASO-circPIAS1或PD-1抑制剂后，肿瘤体积降低。联合治疗显示出最明显的抑制作用。这些发现表明，抑制circPIAS1与PD-1抑制剂的结合显著增强了免疫疗法的疗效，凸显了circPIAS1在限制免疫检查点抑制剂的抗肿瘤作用方面的作用。
靶向circPIAS1可显著增强免疫检查点抑制剂的抗黑色素瘤效果
为了探究circPIAS1是否可以通过抑制STAT1磷酸化过程来减轻免疫介导的铁死亡，研究人员对肿瘤组织进行了IHC染色分析。ASO-circPIAS1与PD-1抑制剂的联合治疗导致P-STAT1水平显著升高，而GPX4水平则呈相反趋势。此外，研究人员通过蛋白质免疫印迹试验观察了小鼠肿瘤组织中上述蛋白质的水平变化，这些结果与IHC结果一致。先前的研究表明，发生铁死亡的癌细胞可以调节免疫微环境并增强肿瘤免疫浸润。因此，研究人员评估了肿瘤组织中的铁死亡和免疫微环境。结果显示，癌细胞中的铁死亡显著增加，联合治疗后免疫环境中CD8+T细胞和IFNγ水平显著升高。
这些发现表明，circPIAS1敲低可以增强免疫检查点抑制剂的疗效，为改善临床黑色素瘤免疫治疗提供了一种新的方法。
研究小结
03
总之，本研究发现了一种独特的108个氨基酸长的肽（circPIAS1-108aa），由circPIAS1在人和小鼠黑色素瘤细胞中编码，它会削弱IFNγ的抗癌作用。此外，本研究揭示了黑色素瘤免疫逃逸的一种新机制，其中circPIAS1-108aa通过招募SUMO E3连接酶Ranbp2来增强STAT1(Tyr701)的SUMO化，从而抑制STAT1的磷酸化。这一过程激活了SLC7A11/GPX4信号通路，阻碍了IFNγ诱导的免疫原性细胞坏死，最终降低了ICB疗法在黑色素瘤中的有效性。
【参考资料】https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02124-6
