研究表明癌症基因如何欺骗免疫细胞

众所周知，称为致癌基因的癌症相关基因会刺激细胞生长和分裂——导致肿瘤膨胀和扩散。但是现在，斯坦福医学院和 Sarafan ChEM-H 的研究人员发现，一种名为 Myc 的臭名昭著的致癌基因在掩盖免疫系统正在生长的癌症方面也具有直接作用。

MYC 调节的 St6galnac4 促进聚糖二唾液酸-T 的显示。(A) 小鼠 T-ALL 细胞表面唾液酸在多西环素给药后的不同时间点被量化以关闭 MYC 转基因的表达。通过用温和的高碘酸盐处理氧化并随后用氨基氧-生物素探针标记来检测唾液酸（每个时间点 n = 3，双尾学生 t 检验将每个时间点与 t = 0 h 进行比较，*P < 0.05，** P < 0.01）。数据标准化为对照，均值±SEM。（B 和 C）在关闭 MYC 后使用凝集素 SNA 和 MAA II 在不同时间点测量唾液酸聚糖（每个时间点 n = 3，双尾学生 t 检验将每个时间点与 t = 0 h 进行比较，*P < 0.05，**P < 0.01）。数据标准化为对照，平均值±标准差。(D 和 E) MYC 在 (D) 和细胞外 (E) 细胞上的 O-糖组在 β-消除后通过 MALDI-TOF 质谱法进行分析。显示了光谱中可识别聚糖种类的相对丰度。(F) MYC 打开和关闭状态下细胞的 RNA 测序。火山图显示注释糖原的差异表达。基因展示日志2个折叠变化大于 1.5 并且在 FDR = 0.01 时满足显着性阈值 P < 0.01 被突出显示（每个治疗组 n = 3）。(G) 满足表达阈值的唾液酸转移酶热图 > 百万分之 2 个转录本 (TPM)。数据显示为列标准化 TPM 的 Z 分数。(H) MYC 转基因的热图和由 T-ALL 的 RNA-seq 产生的相关唾液酸转移酶表达在多西环素给药以关闭 MYC 后的指定时间。数据显示为来自行规范化 TPM 的 Z 分数（每组 n = 3）。(I) 在关闭 MYC 后的指定时间，通过 RNA-seq 在 T-ALL 中分析 MYC 转基因和 St6galnac4 的表达。数据标准化为 t = 0 h，平均值±SD（每组 n = 3）。(J) ST6GALNAC4 将唾液酸-T 转化为二唾液酸-T 的示意图。(K) St6galnac4 的 O-糖组-/-细胞在 β-消除后通过 MALDI-TOF 质谱法进行分析。

研究人员认为， Myc 与超过 70% 的人类癌症有关，揭开这些癌症的面纱可能会带来一类新的癌症疗法。

他们发现 Myc 诱导伪装的一个关键组成部分是癌细胞表面的糖分子涂层。这种糖向称为巨噬细胞的免疫细胞发出“停止”信号，这些细胞通常会吞噬并破坏癌细胞。

这一发现将两个看似无关的先前观察联系起来：癌细胞与健康细胞的不同之处在于它们表面糖的模式，而 Myc 致癌基因通过增加细胞中特定蛋白质的产生，以某种方式保护癌细胞免受免疫系统的影响。破译这种联系需要两个实验室的合作，一个由糖化学家和最近的诺贝尔奖获得者 Carolyn Bertozzi 博士管理，另一个由癌症专家 Dean Felsher 医学博士领导。

“我认为这很可能会导致全新的癌症治疗方法，”医学和病理学教授 Felsher 说。Felsher 还领导着斯坦福转化研究和应用医学中心，该中心鼓励医生和基础科学家合作，将他们的研究成果带入临床。“从本质上讲，许多癌症治疗方法都是通过反复试验开发出来的，但这完全不同。我们知道这种机制以及如何准确地针对这一过程。”

“这是一个惊人的联系，”人文与科学学院的 Anne T. 和 Robert M. Bass 教授 Bertozzi 说。“我的实验室一直试图了解为什么癌细胞会改变其表面糖的模式，以及这些变化如何帮助细胞逃避免疫系统。现在我们知道 Myc 调节蛋白质的产生，这些蛋白质使这些糖分子欺骗了免疫系统忽略癌细胞。”

基因误入歧途

致癌基因是变坏的好基因。在它们进入黑暗面之前，它们在控制细胞分裂的方式和时间方面发挥着关键作用。但是，当它们发生突变或摆脱细胞通常用来调节其活动的严格调节层时，它们会刺激细胞快速分裂和肿瘤生长。

与许多致癌基因一样，Myc 是一类称为转录因子的蛋白质的成员。转录因子是主要调节因子，可响应外部和内部信号上下调节细胞中许多蛋白质的水平。这些蛋白质可以刺激细胞忽略停止分裂的信号，或者回避旨在消除行为不端细胞的内置细胞自杀程序。它们还可以调节细胞的外部环境，诱使不友好的邻居结成同盟，或促进新血管的生长，为生长中的肿瘤输送急需的氧气。简而言之，他们完全准备好在出错时造成严重破坏。

Felsher 花了数十年时间研究 Myc 如何触发细胞内外的癌变。在他职业生涯的早期，他开始怀疑 Myc 也抑制了免疫系统——这在当时是一个相对较新的想法。

Bertozzi 是分析从每个活细胞表面长出的糖或聚糖模式的专家。这些糖的结构极其复杂，它们介导与其他细胞的关键相互作用，信号分子如激素和病原体如病毒和细菌。他们需要专业知识和设备才能深入研究，而 Bertozzi 是该领域的世界领先者。

Felsher 和 Deutzmann，当时是 Felsher 实验室的博士后学者，了解到 Myc 可能控制着一种叫做糖基转移酶的蛋白质的表达，这是在细胞表面构建包括糖在内的复杂分子所必需的。但他们没有工具或专业知识来追求这一发现。

但在 2016 年夏天，Felsher 邀请 Bertozzi 在他的转化研究和应用医学中心的研讨会上发言。刚到斯坦福大学的贝尔托齐热情地接受了这份工作。

Bertozzi 说：“我满怀希望来到斯坦福大学，希望能直接与医生互动，了解更多关于人类疾病的知识。” “他们对生物学的了解比我以往任何时候都多。所以当院长邀请我发言时，我非常兴奋。我想，‘那里会有一群医生！’ 这对我来说是一件全新的事情。”

在座谈会上，Bertozzi 谈到了她一直在思考的实验室观察结果。

“我们知道，并且已经知道一段时间了，癌细胞表面的糖分子模式发生了变化，我们想知道是否有机会根据这些变化开发新疗法，”她说。

话音一落，房间里的气氛就变了。“我们的学生在谈话后聚在一起说，‘这一切都有道理，’”Felsher 回忆道。“我起了鸡皮疙瘩，”Bertozzi 在听到 Felsher 和他的实验室成员关于 Myc 和糖基转移酶之间的联系后说。“我们意识到这一定是糖的变化方式。”

实验室立即同意合作，Deutzmann 和 Felsher 实验室提供有关 Myc 及其作为致癌基因的作用的信息，Smith 和 Bertozzi 实验室提供糖科学（也称为“糖生物学”）方面的专业知识。

找出 Myc 的角色

实验室共同发现，Myc 驱动一种称为 ST6GalNAc4 的糖基转移酶的产生，这种酶是制造一种称为二唾液酸 T 的糖分子所必需的，这种糖分子大量出现在 Myc 驱动的癌细胞表面。二唾液酸-T 与巨噬细胞表面的另一个分子结合，一举将它们从敌人变成朋友。

这种互动很重要；由 Myc 表达驱动但无法制造 ST6GalNAc4 的白血病细胞在实验室小鼠中生长得更慢，并且比可以制造 ST6GalNAc4 的细胞对肿瘤产生更强的免疫反应。此外，Smith 和 Deutzmann 发现，与 Myc 和 ST6GalNAc4 水平较高的癌症患者相比，Myc 和 ST6GalNAc4 水平较高的患者预后较差，肿瘤附近的免疫细胞较少。

“Myc 和糖生物学之间的这种联系非常壮观，它就在每个人的面前，”Bertozzi 说。“我们从 Dean 之前的工作中得知，Myc 调节细胞生长和分裂，这显然对癌症很重要。但不为人知的是，Myc 可以驱动癌细胞表面糖的表达，使其逃避癌细胞的识别。免疫系统。”

研究人员渴望继续合作开发新的癌症疗法。

“在我们看来，接下来有两个明显的研究方向，”Bertozzi 说。“首先，我们想测试其他致癌基因是否也在影响癌细胞表面的糖结构。其次，我们想看看我们是否可以通过抑制 ST6GalNAc4 来增强巨噬细胞破坏癌细胞的能力。 ”

“斯坦福大学正在做的事情——有意将来自不同领域的医生和基础科学家聚集在一起——正是我们要治愈疾病的方式，”Felsher 说。