结果-1 KRAS*突变在CRC进展中显著抑制免疫微环境

KRAS*突变通过增加MDSCs、减少T细胞浸润来促进晚期CRC的免疫抑制微环境:
FlowJo分析显示,与iAP肿瘤相比,iKAP(KRAS*)肿瘤中的T细胞比例明显下降,尤其是CD4+细胞,相反,iKAP肿瘤中骨髓源性抑制细胞(MDSCs),尤其是多形核MDSCs (PMNMDSCs)显著增加(Fig.1B)。
KRAS*-off (Dof-off)状态的肿瘤MDSCs减少,T细胞增多(Fig.1C)。
IHC染色显示,KRAS*突变驱动的肿瘤明显缺乏T细胞浸润,相反具有显著的MDSC(Gr-1、S100A8、S100A9)浸润(Fig.1D)。
从iKAP肿瘤中分离的MDSCs能够显著抑制T细胞的增殖(Fig.1EFG)。
结果-2 KRAS*抑制CRC中的干扰素反应

IPA分析显示,KRAS*肿瘤以下调干扰素IFN-g和IFN-a反应为主要途径(Fig.2A)。对KRAS*肿瘤细胞系IPA分析表明,IFN-g和IFN-a信号是与KRAS*表达最相关的通路之一(Fig.2B)。
与Krsa野生型相比,IFN反应基因在KRAS*(Dox-on)驱动的细胞中表达量显著减少(Fig.2C)。
维恩图三维数据集分析:(i) IFN-a和IFN-g标记基因(n = 223);(ii)差异表达、侵袭性和非侵袭性基因(n = 5727);(iii)与KRAS突变相互排斥的基因(n = 56),挑出唯一满足条件的基因——干扰素调节因子(IRF2)(Fig.2D)。
对TCGA CRC数据库中KRAS和IRF2的基因组进一步分析显示,IRF2缺失与KRAS突变是相互排斥的(Fig.2E)。
结果-3 KRAS*通过抑制IRF2来介导IFN反应

IRF2是KRAS*介导的IFN网络抑制的主要调控因子:
KRAS*(GFP+)突变的iKAP细胞显示具有低表达的IRF2(Fig.3A)。对KRAS*灭活48h和1w后,IRF2表达显著增加(Fig.3B)。
与iKAP细胞相比,对IRF2过表达的iKAP细胞进行IPA分析,结果显示IFN-a/g信号表达上调(Fig.3C),包括:IFN信号分子(STAT1, STAT2, IRF9, IRF7),参与宿主防御相关免疫调控因子(RTP4, IFITM1, IFIH1, IFI44, PARP14, NMI, SAMD9L),抗原表达(PSMB9, PSMB10, B2M),细胞死亡因子(CASP7, CASP1)(Fig.3D)。
iKAP细胞的ChIP-seq显示了IRF2与IFN反应基因启动子的结合峰(Fig.3E)。
结果-4 IRF2通过CXCL3/CXCR2轴来抑制KRAS*驱动的MDSC迁移

KRAS*灭活(Dox-off)和IRF2过表达的培养基中观察到MDSC迁移减少(Fig.4A)。MC38 CRC细胞株(Kras wild-type)沉默IRF2(shIRF2)(Fig.4B),显著增加了MDSCs向体外条件培养基的迁移(Fig.4C),同时增加了MC38肿瘤移植C57BL/6J小鼠中MDSCs的浸润(Fig.4D)。综上,这些数据表明,抑制IRF2是KRAS* CRC中MDSC积累迁移的关键中介因子。
ChIP-seq显示iKAP细胞中IRF2在CXCL3基因座的结合峰,CXCL3在其启动子中含有IRF2-结合元件,增强了IRF2过表达的结合(Fig. 4E.4F)。
当IRF2表达增强或KRAS*灭活后,CXCL3的表达和分泌被显著抑制。(Fig. 4G.4H)。
免疫荧光染色显示,iKAP肿瘤中CXCR2的表达与Gr-1(MDSC)共定位,表明了CXCL 3/CXCR 2轴在形成晚期CRC免疫微环境中的潜在作用(Fig. 4I)。在培养基中加入重组小鼠CXCL3蛋白增加了MDSC的迁移(Fig. 4J)。相反,加入CXCR2抑制剂SX-682或抗CXCL3中和抗体后MDSC迁移率降低(Fig. 4K)。
在30天的Sx-682剂量治疗中,KRAS*表达的CRC肿瘤显著减少了MDSC,增加了T细胞浸润(Fig.4L.4M),导致肿瘤细胞死亡(Fig.4N)。
结果-5 IRF2过表达增强了KRAS* CRC细胞对抗PD-1治疗的敏感性

利用western blot分别验证了IRF2和p-ERK在MC38(KRAS-wild type)、MC38K(KRAS*)和MC38KI (KRAS*/IRF2)细胞株中的表达情况(Fig.5A)。与iKAP模型一致, MC38K抑制了代表性IFN反应基因,并在MC38KI细胞中恢复(Fig.5B)。值得注意的是,MC38KI细胞显示了CXCL3和MDSC(CD45+)的低表达(Fig.5B.5C)。
MC38K肿瘤的生长速度略快于MC38对照组,而MC38KI与MC38和MC38K相比,肿瘤生长明显减慢(Fig.5D)。从这些肿瘤生长发现,MC38KI与小鼠的存活率改善密切相关,抗PD-1的抗肿瘤活性在KRAS*表达过程中受到损害,而在KRAS*/ IRF 2同时表达的过程中恢复(Fig.5E)。提示IRF2的表达是保持CRC抗PD-1敏感性的关键决定因素。
结果-6 CXCR2的抑制增强了KRAS* CRC细胞对抗PD-1治疗的敏感性

结果-7 IRF2表达可以预测CRC抗PD-1治疗的反应

对CRC的TCGA数据集进行基因集富集分析(GSEA)显示,在KRAS*突变的CRC中,IFN-g和IFN-a信号是最受抑制的通路(Fig.7A)。相反,IFN-g信号是IRF2-high CRC中最活跃的信号通路之一(Fig.7B)。
利用IHC进一步显示了IRF2表达与KRAS突变状态的关系,有64%的KRAS野生型样本可检测到IRF2的表达,而在KRAS突变型样本中,只有30%可检查到IRF2的表达(Fig.7C)。
IRF2表达与抗PD-1治疗在MSI-H CRC中的相关性分析显示(n=14),较高的IRF2表达与更好的抗PD -1治疗反应呈正相关(Fig.7D)。
Fig.7E阐释了KRAS/IRF2轴在CRC免疫抑制和ICB耐药的作用原理。