表觀遺傳學(xué)的核心是組蛋白和核酸的各種共價(jià)修飾，這些修飾協(xié)同調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)。表觀遺傳組的失調(diào)會(huì)驅(qū)動(dòng)異常的轉(zhuǎn)錄程序，促進(jìn)癌癥的發(fā)生和進(jìn)展。9月14日，最新發(fā)表在Nature Reviews Drug Discovery 雜志上題為“Targeting the epigenetic regulation of antitumour immunity”的一篇綜述中，來自澳大利亞墨爾本大學(xué)的4位科學(xué)家總結(jié)了關(guān)鍵的異常表觀遺傳調(diào)控——DNA甲基化和組蛋白翻譯后修飾——對(duì)腫瘤免疫原性的影響，以及表觀遺傳調(diào)節(jié)對(duì)抗腫瘤免疫細(xì)胞功能的影響。文章強(qiáng)調(diào)，表觀遺傳調(diào)節(jié)因子的小分子抑制劑有望用于增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)，并討論了將表觀遺傳療法與免疫療法進(jìn)行聯(lián)合的抗癌潛力。

來源：Nature Reviews Drug Discovery

一、表觀遺傳藥物的分類

每一種表觀遺傳修飾都由特定的酶調(diào)控，這些酶可添加或移除表觀遺傳標(biāo)記，分別被稱為“writers(W)”和“erasers (E)”。此外，可識(shí)別這些修飾的特定蛋白結(jié)構(gòu)域也調(diào)節(jié)著表觀遺傳修飾，這些結(jié)構(gòu)域被稱為“readers (R)”。表觀遺傳組的廣泛失調(diào)在人類癌癥中普遍存在，這導(dǎo)致了抗癌靶向表觀遺傳療法的發(fā)展。圖1按靶點(diǎn)對(duì)靶向組蛋白乙?；⒔M蛋白甲基化、DNA甲基化和組蛋白磷酸化調(diào)節(jié)因子的已獲FDA批準(zhǔn)和正在開展臨床研究的表觀遺傳療法進(jìn)行了分類。

圖1 | 調(diào)節(jié)表觀遺傳組的治療策略（來源：Nature Reviews Drug Discovery）

二、表觀遺傳藥物的作用機(jī)制

DNA甲基化調(diào)節(jié)劑

DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)的小分子抑制劑（也被稱為hypomethylating agents，即去甲基化藥物）是癌癥治療中最廣泛使用的表觀遺傳療法，主要用于骨髓增生異常綜合征(MDS)和急性髓系白血病(AML)的治療。DNMT家族可催化DNA的從頭甲基化(由DNMT3a和DNMT3b負(fù)責(zé))，以及在復(fù)制后維持DNA甲基化（由DNMT1負(fù)責(zé)）。而α-酮戊二酸依賴性雙加氧酶的ten–eleven translocation (TET)家族被認(rèn)為通過5-甲基胞嘧啶的氧化催化間接驅(qū)動(dòng)了DNA去甲基化（圖2a）。在人類癌癥中，調(diào)節(jié)DNA甲基化的基因(包括DNMT3A和TET2)經(jīng)常發(fā)生突變，導(dǎo)致異常的DNA甲基化模式，這種異常又與基因表達(dá)失調(diào)相關(guān)。例如，腫瘤抑制基因和microRNAs的超甲基化與腫瘤發(fā)生直接相關(guān)(圖2b)。此外，研究證實(shí)，DNA甲基化失調(diào)可能是一個(gè)主要的致癌事件，這可能同時(shí)改變抗腫瘤免疫反應(yīng)，進(jìn)一步加劇腫瘤的發(fā)生。

DNMT抑制劑引發(fā)的直接抗腫瘤作用（如細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期阻滯）最初被歸因于因DNA甲基化沉默的基因的重新表達(dá)。而后期有研究揭示，DNMT抑制劑治療還能增加與抗原遞呈相關(guān)的基因以及免疫共刺激分子（如CD80、CD86和CD40）的表達(dá)。還有證據(jù)表明，DNMT抑制劑可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞新抗原的遞呈，增強(qiáng)免疫原性。

圖2 | 癌癥和病毒擬態(tài)中的DNA甲基化（來源：Nature Reviews Drug Discovery）

DNA甲基化也被真核生物廣泛用于抑制轉(zhuǎn)座因子的轉(zhuǎn)錄，如已經(jīng)整合到宿主基因組中的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（endogenous retroviruses, ERVs，圖2c）。使用去甲基化藥物可使得腫瘤細(xì)胞中ERVs 重新表達(dá)，刺激先天抗病毒樣反應(yīng)（圖2d）。ERVs的雙向轉(zhuǎn)錄可產(chǎn)生一種雙鏈RNA (dsRNA)，之后dsRNA可被包括TLRs、胞質(zhì)受體MDA5、RIG-I和cGAS–STING通路在內(nèi)的模式識(shí)別受體感知。dsRNA感知途徑又會(huì)觸發(fā)涉及MAVS聚合的信號(hào)級(jí)聯(lián)，最終通過促炎轉(zhuǎn)錄因子（如IRF7、NF-κB）直接上調(diào)IFNα和 IFNβ來喚起一種先天免疫反應(yīng)。而腫瘤微環(huán)境中自分泌和旁分泌的IFNα/β信號(hào)可促進(jìn)促炎細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的免疫原性(圖2e)以及免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的療效。因此，將DNMT抑制劑與免疫療法聯(lián)合，以引發(fā)更有效的抗腫瘤免疫反應(yīng)，克服與免疫檢查點(diǎn)相關(guān)的適應(yīng)性耐藥，可能是一種可行的策略。目前，已有大量臨床試驗(yàn)在評(píng)估DNMT抑制劑與檢查點(diǎn)抑制劑（如PD-1/PD-L1抗體、CTLA-4抗體）的聯(lián)合（表1）。

表1 表觀遺傳療法聯(lián)合免疫療法的臨床試驗(yàn)

來源：Nature Reviews Drug Discovery

組蛋白乙?；{(diào)節(jié)劑

蛋白質(zhì)翻譯后乙?；歉叨葎?dòng)態(tài)的，并受組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)和組蛋白去乙?；福℉DACs）相反活性的調(diào)節(jié)(圖3a)。HDACs介導(dǎo)的組蛋白去乙?；c染色質(zhì)濃縮和轉(zhuǎn)錄沉默相關(guān)，通常伴隨著相同殘基上組蛋白甲基化的增加。在臨床上，HDAC抑制劑在過去20年中作為抗癌藥物被廣泛研究，一些藥物（伏立諾他、羅米地辛、帕比司他和貝林司他）基于單藥治療的療效獲批用于治療血液惡性腫瘤。相比之下，實(shí)體瘤對(duì)HDAC抑制劑的治療反應(yīng)依賴于聯(lián)合治療方案。

在癌癥模型中，HDAC抑制劑在免疫功能不全的小鼠中或野生型小鼠的免疫細(xì)胞耗竭后的療效降低，表明其作用機(jī)制中存在免疫依賴成分。低親和力的泛HDAC抑制劑sodium valproate能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞上NKG2D配體MICA、ULBP2和ULBP3的表達(dá)，導(dǎo)致NK細(xì)胞脫粒增強(qiáng)。在小鼠黑色素瘤模型中，I類HDAC抑制劑羅米地辛可增強(qiáng)MHC I類分子表達(dá)，提高CD8+T細(xì)胞的細(xì)胞溶解活性。HDAC抑制劑還可誘導(dǎo)MHC I類抗原處理和遞呈基因（包括TAP1、TAP2、LMP2、LMP7和B2M）的表達(dá)(圖3b；3c)，并上調(diào)免疫檢查點(diǎn)配體（包括PD-L1）。IV類HDAC11特異性抑制劑能夠上調(diào)霍奇金淋巴瘤中的OX40L，破壞產(chǎn)生IL-10的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的免疫抑制功能?？偟膩碚f，HDAC抑制劑同時(shí)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞免疫原性的陽性和陰性調(diào)節(jié)因子，從而調(diào)控先天和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的識(shí)別。

HDAC抑制劑的免疫調(diào)節(jié)活性為其與免疫療法的配合提供了理論基礎(chǔ)。在臨床前癌癥模型中，多種HDAC抑制劑可增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法、免疫刺激療法以及過繼T細(xì)胞療法的療效。這些聯(lián)合治療的療效與多種機(jī)制有關(guān)，如腫瘤浸潤(rùn)性淋巴細(xì)胞增加、細(xì)胞因子產(chǎn)生增加、T細(xì)胞活化增強(qiáng)。基于這些臨床前發(fā)現(xiàn)，一些評(píng)估HDAC抑制劑與免疫療法聯(lián)合的臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中（表1）。早期的臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，在抗PD-1單藥治療或抗PD-1聯(lián)合抗CTLA-4治療后進(jìn)展的黑色素瘤患者中，HDAC抑制劑恩替諾特聯(lián)合帕博利珠單抗（PD-1抗體）顯示出了顯著的臨床活性和可接受的安全性。

圖3 | 組蛋白乙?；图谆谀[瘤發(fā)生和免疫原性中的作用（來源：Nature Reviews Drug Discovery）

組蛋白甲基化調(diào)節(jié)劑

組蛋白甲基化模式異常在人類癌癥中經(jīng)常被檢測(cè)到。多種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（HMTs）已被用作治療靶點(diǎn)，包括EZH2、SETDB1、DOT1L，然而只有EZH2和DOT1L小分子抑制劑進(jìn)入了臨床開發(fā)。

EZH2上調(diào)已在一系列腫瘤中被證實(shí)。此外，EZH2在多種腫瘤類型中與免疫逃避機(jī)制相關(guān)，最明顯的是通過抑制MHC I類分子介導(dǎo)的抗原遞呈（圖3b，3c）。另有研究證實(shí)，組蛋白甲基化介導(dǎo)的免疫原性因子的表觀遺傳沉默是癌癥免疫逃逸的重要機(jī)制。

SETDB1被發(fā)現(xiàn)在人類癌癥中上調(diào)或擴(kuò)增，提示其致癌作用。AML細(xì)胞系中SETDB1的遺傳缺失可以有效地刺激病毒擬態(tài)和I型干擾素的產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡。盡管目前還有團(tuán)隊(duì)報(bào)道可充分選擇性抑制SETDB1的小分子抑制劑，但這類抑制劑有望促進(jìn)抗腫瘤免疫。

DOT1L是組蛋白H3賴氨酸79 (H3K79)甲基轉(zhuǎn)移酶。使用小分子抑制劑靶向DOT1L在臨床前和異種MLL（mixed-lineage leukaemia）驅(qū)動(dòng)的AML模型中被證明是有效的，這些發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了DOT1L抑制劑EPZ-5676 (pinometostat)進(jìn)入I期臨床。DOT1L依賴性免疫調(diào)節(jié)基因的調(diào)控是否在腫瘤發(fā)生或抗腫瘤免疫中發(fā)揮了任何重要的功能仍有待確定。

三、表觀遺傳藥物對(duì)免疫細(xì)胞的影響

除了探討表觀遺傳藥物的作用機(jī)制，在該綜述中，作者們還詳細(xì)總結(jié)了表觀遺傳機(jī)制如何控制抗腫瘤免疫反應(yīng)中NK細(xì)胞、CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞的命運(yùn)和功能。如圖4a所示，EZH2抑制劑可增強(qiáng)NK細(xì)胞上NKG2D和腫瘤細(xì)胞上NKG2DL的表達(dá)。這種相互作用導(dǎo)致NK細(xì)胞激活和腫瘤細(xì)胞死亡。相反，EZH2抑制劑也會(huì)增加NK細(xì)胞負(fù)調(diào)節(jié)因子MHC I類分子的表達(dá)。此外，IFNG等NK細(xì)胞效應(yīng)基因的表達(dá)可通過DNA甲基化來調(diào)控，因此，DNMT抑制劑有望用于增強(qiáng)這些基因的表達(dá)，從而增加NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性。

圖4 | NK細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞和Treg細(xì)胞抗腫瘤活性的表觀遺傳學(xué)調(diào)控（來源：Nature Reviews Drug Discovery）

圖4b總結(jié)了 CD4+T細(xì)胞的表觀遺傳調(diào)控。抑制EZH2可導(dǎo)致TH1和TH2細(xì)胞分化增加。此外，由于SETDB1限制了TH1細(xì)胞相關(guān)基因（如TBX21）的表達(dá)，因此，抑制SETDB1可能能夠增強(qiáng)TH1細(xì)胞的反應(yīng)，潛在地促進(jìn)抗腫瘤免疫。

圖4c-e總結(jié)了調(diào)節(jié)性T (Treg)細(xì)胞的表觀遺傳調(diào)控。HDAC9和HDAC7抑制劑可促進(jìn)FOXP3活性和Treg細(xì)胞功能。此外，在免疫抑制性Treg細(xì)胞中，使用EZH2抑制劑或DNMT抑制劑能夠取消Treg細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄程序，導(dǎo)致Treg細(xì)胞靶基因（如CTLA-4）的表達(dá)以及總體的免疫抑制能力降低。反過來，EZH2抑制劑或DNMT抑制劑的這種使用能夠增加抗原呈遞細(xì)胞(APCs)的共刺激能力，導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞反應(yīng)增強(qiáng)。

圖5 | CD8+T細(xì)胞的表觀遺傳調(diào)控（來源：Nature Reviews Drug Discovery）

圖5總結(jié)了CD8+T細(xì)胞的表觀遺傳調(diào)控。由于CD8+ T細(xì)胞在抗腫瘤免疫反應(yīng)和病毒清除中的核心重要性，其表觀遺傳調(diào)控已被廣泛研究。在T細(xì)胞分化的線性模型下，初始T細(xì)胞逐步分化為干細(xì)胞記憶T (TSCM)細(xì)胞，然后是中央記憶T (TCM)細(xì)胞、效應(yīng)記憶T細(xì)胞、效應(yīng)T（Teff）細(xì)胞，最后是耗竭T細(xì)胞或終末分化細(xì)胞(圖5)。CD8+T細(xì)胞的激活會(huì)導(dǎo)致DNA和組蛋白修飾的動(dòng)態(tài)變化。T細(xì)胞從初始T細(xì)胞向Teff細(xì)胞的克隆擴(kuò)增與不同的DNA甲基化特征有關(guān)。在腫瘤微環(huán)境中，CD8+T細(xì)胞中DNMT1自身表達(dá)增加，這與T細(xì)胞功能障礙相關(guān)的基因甲基化增加有關(guān)，從而抑制CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤表型。因此，DNA甲基化積極調(diào)節(jié)著T細(xì)胞分化和效應(yīng)T細(xì)胞的功能，并限制著對(duì)免疫檢查點(diǎn)封鎖的治療反應(yīng)。通過對(duì)CD8+T細(xì)胞進(jìn)行表觀遺傳調(diào)控使其維持在可響應(yīng)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的狀態(tài)是一種潛在的治療機(jī)會(huì)。臨床前研究顯示，將PD-L1、PD-1或CTLA-4抑制劑與DNMT抑制劑聯(lián)合導(dǎo)致了更有效的CD8+T細(xì)胞抗腫瘤免疫應(yīng)答，一些臨床研究也已經(jīng)在開展（表1）。將去甲基化藥物與免疫療法聯(lián)合的另一個(gè)好處是，它們可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生I型干擾素反應(yīng)，從而吸引免疫細(xì)胞到腫瘤部位。

四、表觀遺傳藥物聯(lián)合免疫療法

除了前文屢次提及的與免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的聯(lián)合（大量研究和試驗(yàn)已經(jīng)調(diào)查了免疫檢查點(diǎn)抑制劑與DNA去甲基化藥物、LSD抑制劑、EZH2抑制劑等表觀遺傳藥物的聯(lián)合），表觀遺傳療法的另一個(gè)令人興奮的治療應(yīng)用是與包括CAR-T在內(nèi)的過繼細(xì)胞療法(ACT)聯(lián)合（圖6）。ACT的生產(chǎn)和傳遞過程既允許腫瘤在接受ACT治療之前預(yù)先接受表觀遺傳療法治療，也允許T細(xì)胞在回輸?shù)交颊唧w內(nèi)之前接受表觀遺傳療法的預(yù)處理。HDAC抑制劑已經(jīng)被證明可以促進(jìn)ACT的功效。此外，有證據(jù)顯示，在體外，用EZH2抑制劑治療尤文氏肉瘤細(xì)胞增加了腫瘤細(xì)胞的GD2表達(dá)，以及隨之而來的對(duì)抗GD2 CAR - T細(xì)胞的敏感性。

圖6 | 表觀遺傳療法聯(lián)合CAR-T （來源：Nature Reviews Drug Discovery）

五、總結(jié)與展望

在綜述的最后，作者們提出，表觀遺傳療法和免疫療法的聯(lián)合正在迅速成為治療癌癥的新范式。隨著靶向更廣泛的表觀遺傳學(xué)和免疫學(xué)靶點(diǎn)的小分子的發(fā)展以及對(duì)測(cè)序和免疫學(xué)技術(shù)更好的應(yīng)用，相信未來會(huì)產(chǎn)生更合理的聯(lián)合策略，從而為改進(jìn)癌癥治療帶來新的機(jī)會(huì)。

參考資料：

[1] Simon J. Hogg et al. Targeting the epigenetic regulation of antitumour immunity. Nature Reviews Drug Discovery (2020).