Sci Transl Med川楝素增强胶质母细胞瘤抗肿瘤免疫的直接作用靶点

胶质母细胞瘤（GBM）是一种常见的侵袭性脑肿瘤，具有免疫抑制性肿瘤微环境，因此对免疫疗法具有抗性。川楝素（Toosendanin，TSN）从川楝树皮、果实中提取的四环三萜类化合物，作为一种中药最早用于寄生虫病的治疗，也可用于缓解疼痛，现有研究证实TSN对白血病、肝癌、胰腺癌、骨肉瘤、胶质母细胞瘤等多种人类癌细胞具有抑制增殖和诱导凋亡的作用，是一个极具潜力的候选、天然、高效的抗癌药物。然而，TSN对胶质母细胞瘤的作用机制及直接靶点仍未有深入的研究报道，特别是在抗肿瘤免疫方面。

2022年12月15日，宾夕法尼亚大学研究人员在Sci Transl Med（IF=19.319）发表题为“Small-molecule toosendanin reverses macrophage-mediated immunosuppression to overcome glioblastoma resistance to immunotherapy”的文章，发现中药单体小分子化合物川楝素能够靶向结合Hck和Lyn蛋白抑制其激酶活性，进而对巨噬细胞进行重编程，从而逆转GBM的抗肿瘤免疫力。此外，川楝素联合其他免疫疗法能够增加GBM存活率。

01筛选确定川楝素增强胶质母细胞瘤抗肿瘤免疫

研究首先通过功能筛选来确定在体外肿瘤微环境系统中逆转巨噬细胞介导的免疫抑制的小分子化合物。利用巨噬细胞开展双荧光素酶报告基因实验（萤火虫和海肾荧光素酶的表达受到IL-10启动子控制），通过天然产物化合物库开展功能筛选来确定哪种化合物可抑制肿瘤诱导的巨噬细胞中IL10的转录（图1A）。其中，川楝素（TSN）位居榜首（图1B），导致肿瘤诱导的巨噬细胞中IL-10转录抑制（图1C）。接着通过流式细胞术分析证实TSN抑制免疫抑制性M2型巨噬细胞表面标志物CD206和IL-10表达（图1D），挽救T细胞增殖并重新激活T细胞（图1E），最后研究通过TSN处理巨噬细胞开展RNA-seq，并通过TSN处理动物模型开展CyTOF确定了TSN是一种小分子免疫调节剂，可逆转巨噬细胞介导的T细胞免疫抑制，增强有效浸润T 细胞进入肿瘤。

图1 确定川楝素增强抗肿瘤免疫

02确定川楝素的直接靶点
为了确定TSN 作用机制，研究人员采用化学蛋白质组学的方法确定巨噬细胞中TSN的直接互作蛋白。考虑到TSN的一系列C-28酰化衍生物表现出与TSN相似的体外生物活性，研究使用酮或OH基团将TSN共价连接到琼脂糖珠上，随后将Mφ细胞裂解物与这些TSN缀合的珠子一起孵育，并在亲和层析后通过基于质谱的蛋白质组学分析鉴定了1068种潜在的TSN相互作用蛋白（图2A）。基于人工智能和神经网络为基础的深度学习分析药物靶标相互作用（DTI），结果显示结合得分最高的前30种蛋白质中有7种是激酶（图 S7），故研究重点放在了激酶上。进一步分析表明，63种激酶被鉴定为TSN相互作用蛋白（图2B）。在该列表中的前10名激酶中，两种Src家族激酶Hck和Lyn可以通过分子对接发现TSN能够插入到它们的ATP结合口袋中（图2C）。通过SPR分析表明，TSN及其衍生物直接与纯化的Hck和Lyn相互作用，其平衡解离常数（(Kd）与A419259（泛Src家族激酶药理学抑制剂包括Hck和Lyn）相当（图2D），此外，通过ADP-GloTM激酶分析试剂盒发现TSN抑制纯化的Hck和Lyn蛋白的体外激酶活性（图2E）。这些数据表明TSN与Hck和Lyn相互作用并抑制Hck和Lyn酶活。

图2 确定川楝素的直接靶点Hck和Lyn

03川楝素通过直接靶点发挥作用

通过siRNA介导的Hck和Lyn敲低抑制了Mφ的精氨酸酶-1（精氨酸酶-1是一种免疫抑制分子，有助于T细胞失活）表达（图3A），并减弱了肿瘤培养的巨噬细胞中的CD206表达（图3B），支持Hck和Lyn在巨噬细胞免疫抑制中的作用。此外，慢病毒介导的Hck和Lyn过表达部分挽救了TSN处理的肿瘤培养的巨噬细胞中的CD206表达（图3C）。此外，Pulldown显示TSN无法与Hck和Lyn蛋白的突变体HckK290M和LynK275M结合（图3D）。且只有WT Hck和Lyn的过表达，而不是它们的HckK290M和LynK275M突变体，才能诱导拯救表型（图3E）。总的来说，这表明TSN至少部分通过Hck和Lyn重新编程巨噬细胞免疫。

图3 确定川楝素通过直接靶点发挥功能

总结与讨论

研究发现了小分子化合物川楝素（TSN）对巨噬细胞进行重新编程，以在小鼠模型中增强胶质母细胞瘤（GBM）的抗肿瘤免疫力。化学蛋白质组学和结构分析表明，TSN与Hck和Lyn相互作用以消除抑制性巨噬细胞免疫。此外，免疫检查点阻断和TSN疗法相结合可诱导小鼠GBM肿瘤消退。且TSN治疗使GBM对Egfrviii嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法敏感。这些发现表明，TSN可以作为一种抗肿瘤免疫化合物，在GBM和其他值得进一步研究的实体瘤中阻断肿瘤免疫抑制并规避肿瘤对基于T细胞的免疫疗法的耐药性。

寻找川楝素靶点是关键的一环，其思路如下：

化学蛋白质组学+深度学习基础的DTI预测揭示TSN互作的多种激酶

相关文献

Yang F, Zhang D, Jiang H, et al. Small-molecule toosendanin reverses macrophage-mediated immunosuppression to overcome glioblastoma resistance to immunotherapy. Sci Transl Med. 2023 Feb 15;15(683):eabq3558.