Abstrak
Kanker payudara triple-negatif (TNBC) merupakan subtipe agresif dengan pilihan terapi terbatas dan seringkali resisten terhadap imunoterapi. Mikrolingkungan tumor (TME) yang imunosupresif, ditandai dengan disfungsi sel imun, berkontribusi pada resistensi ini. Studi ini mengidentifikasi protein pengikat heme 2 (HEBP2) sebagai regulator kunci crosstalk metabolik antara sel tumor TNBC dan makrofag yang menginfiltrasi tumor (TAM). Kami menunjukkan bahwa HEBP2 mempromosikan translokasi nukleus faktor transkripsi FOXA1, yang kemudian secara langsung mengaktifkan transkripsi glutathione S-transferase P1 (GSTP1).
Peningkatan GSTP1 dalam sel tumor TNBC menggeser metabolisme sel ke arah produksi glutation dan konsumsi glutamin yang berlebihan. Kompetisi glutamin ini menciptakan lingkungan yang kekurangan glutamin, yang secara selektif menginduksi ferroptosis pada makrofag CCL3+ antitumor yang rentan terhadap stres oksidatif. Secara in vivo, knockdown HEBP2 atau GSTP1 pada sel tumor menghambat pertumbuhan tumor secara signifikan dan meningkatkan infiltrasi serta aktivasi sel T sitotoksik, yang dimediasi oleh makrofag CCL3+. Kombinasi inhibisi GSTP1 farmakologis dengan terapi anti-PD-1 menunjukkan efek antitumor sinergistik yang kuat dalam model tikus dan model fragmen tumor turunan pasien (PDTF). Secara klinis, ekspresi HEBP2 dan GSTP1 yang tinggi, serta infiltrasi CCL3+ yang rendah, berkorelasi dengan respons imunoterapi yang buruk pada pasien TNBC. Temuan kami mengidentifikasi sumbu HEBP2-FOXA1-GSTP1 sebagai penggerak utama imunosupresi TME dan resistensi imunoterapi pada TNBC, menawarkan GSTP1 sebagai target terapeutik yang menjanjikan untuk meningkatkan efikasi imunoterapi.
Pendahuluan
Kanker payudara triple-negatif (TNBC) adalah subtipe kanker payudara yang paling agresif, ditandai dengan prognosis yang buruk, tingkat kekambuhan yang tinggi, dan kurangnya target terapi yang spesifik. Meskipun imunoterapi, khususnya penghambat immune checkpoint (ICI) seperti anti-PD-1, telah menunjukkan harapan dalam pengobatan TNBC, respons pasien masih bervariasi dan resistensi primer atau akuisita menjadi tantangan signifikan. Memahami mekanisme yang mendasari resistensi imunoterapi sangat penting untuk mengembangkan strategi terapeutik yang lebih efektif.
Mikrolingkungan tumor (TME) memainkan peran penting dalam respons imun antitumor dan resistensi imunoterapi 3. Sel tumor dapat memanipulasi TME untuk menghindari pengawasan imun melalui berbagai mekanisme, termasuk merekrut sel imunosupresif, mengeluarkan faktor-faktor imunosupresif, dan memprogram ulang metabolisme sel imun. Crosstalk metabolik antara sel tumor dan sel imun telah muncul sebagai mekanisme kunci yang mengatur fungsi sel imun dan respons terhadap terapi. Sel tumor, dengan laju proliferasi yang tinggi, seringkali menunjukkan metabolisme yang diubah, yang dapat menguras nutrisi penting di TME, sehingga memengaruhi kelangsungan hidup dan fungsi sel imun.
Makrofag yang terkait tumor (TAM) adalah komponen dominan TME dan menunjukkan plastisitas fungsional yang tinggi. Makrofag CCL3+ telah diidentifikasi sebagai subpopulasi TAM yang memiliki sifat antitumor dan berkorelasi dengan respons imunoterapi yang lebih baik. Namun, mekanisme yang tepat bagaimana sel tumor memanipulasi makrofag antitumor ini untuk menghindari penghancuran masih belum sepenuhnya dipahami.
Stres oksidatif dan metabolisme glutation adalah jalur metabolik penting yang mengatur kelangsungan hidup sel dan respons imun. Glutation S-transferase P1 (GSTP1) adalah enzim detoksifikasi yang terlibat dalam metabolisme glutation dan perlindungan sel dari stres oksidatif. Peran GSTP1 dalam memodulasi TME dan respons imunoterapi pada TNBC masih memerlukan penyelidikan lebih lanjut.
Dalam studi ini, kami mengidentifikasi protein pengikat heme 2 (HEBP2) sebagai regulator utama yang memengaruhi metabolisme sel tumor dan kelangsungan hidup makrofag CCL3+. Kami mengusulkan bahwa sumbu HEBP2-FOXA1-GSTP1 dalam sel tumor TNBC memediasi crosstalk metabolik yang menguras glutamin di TME, menginduksi ferroptosis pada makrofag CCL3+ antitumor, dan pada akhirnya menyebabkan resistensi imunoterapi. Penemuan ini menyoroti GSTP1 sebagai target terapeutik yang menjanjikan untuk meningkatkan efikasi imunoterapi pada TNBC.
Hasil
1. HEBP2 Mengatur Ekspresi GSTP1 dan Memediasi Metabolisme Glutation serta Konsumsi Glutamin pada Sel TNBC.
Analisis awal kami menggunakan data scRNA-seq dan kohort multi-omik mengidentifikasi GSTP1 sebagai gen efektor kunci yang terkait dengan respons oksidatif, diatur oleh HEBP2, dan berkorelasi positif dengan ekspresi HEBP2. Kami mengkonfirmasi bahwa overekspresi HEBP2 secara signifikan meningkatkan ekspresi mRNA dan protein GSTP1 pada sel TNBC (BT549, MDA-MB-231), sementara knockdown HEBP2 menurunkan ekspresi GSTP1. Untuk memahami konsekuensi fungsional dari regulasi ini, kami melakukan analisis RNA-seq dan metabolomik pada sel TNBC dengan knockdown GSTP1. Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) menunjukkan bahwa knockdown GSTP1 secara signifikan menekan jalur metabolisme glutation dan glutamin, sekaligus meningkatkan jalur metabolisme oksidatif. Profil metabolomik lebih lanjut mengungkapkan penurunan kadar glutation dan peningkatan kadar glutamin/glutamat pada sel dengan knockdown GSTP1. Yang terpenting, sel dengan knockdown GSTP1 menunjukkan konsumsi glutamin yang jauh lebih rendah dari medium kultur, menunjukkan peran GSTP1 dalam mempromosikan konsumsi glutamin oleh sel tumor.
2. Sel Tumor HEBP2/GSTP1-Tinggi Menginduksi Ferroptosis pada Makrofag CCL3+ Melalui Deprivasi Glutamin.
Kami sebelumnya menunjukkan bahwa makrofag CCL3+ secara intrinsik berada dalam kondisi stres oksidatif yang lebih tinggi dan rentan terhadap deprivasi glutamin. Untuk menyelidiki bagaimana sel tumor HEBP2/GSTP1-tinggi memengaruhi makrofag CCL3+, kami melakukan eksperimen conditioned medium (CM). CM dari sel tumor dengan ekspresi HEBP2 tinggi secara signifikan menurunkan viabilitas makrofag CCL3+, efek yang dapat dibalik dengan knockdown HEBP2 pada sel tumor. Demikian pula, CM dari sel tumor dengan GSTP1 tinggi bersifat toksik bagi makrofag CCL3+, dan knockdown GSTP1 atau inhibisi farmakologis dengan Eazistat pada sel tumor secara signifikan meningkatkan viabilitas makrofag CCL3+.
Toksisitas ini dikaitkan dengan peningkatan peroksidasi lipid pada makrofag CCL3+. Yang terpenting, suplementasi glutamin secara signifikan menyelamatkan makrofag CCL3+ dari kematian sel yang diinduksi oleh CM dari sel tumor HEBP2/GSTP1-tinggi, menunjukkan bahwa deprivasi glutamin adalah mekanisme utama. Lebih lanjut, kami menemukan bahwa ferroptosis, bukan apoptosis atau nekroptosis, adalah jalur kematian sel utama yang diinduksi pada makrofag CCL3+ oleh CM dari sel tumor HEBP2/GSTP1-tinggi, karena hanya Ferrostatin-1 (inhibitor ferroptosis) yang dapat memulihkan viabilitas makrofag. Induktor ferroptosis RSL3 juga dapat membatalkan efek protektif dari CM sel tumor shHEBP2.
3. Penghambatan HEBP2/GSTP1 Meningkatkan Respons Imun Antitumor dan Menghambat Pertumbuhan Tumor In Vivo.
Untuk memvalidasi temuan kami secara in vivo, kami menggunakan model tumor ortotopik tikus. Knockdown HEBP2 pada sel tumor 4T1 secara signifikan menghambat pertumbuhan tumor dan meningkatkan infiltrasi sel imun antitumor (makrofag CCL3+, sel T CD4+, sel T CD8+ aktif) sambil mengurangi makrofag imunosupresif (CD206+). Efek serupa juga diamati pada model tumor AT3. Yang terpenting, efek antitumor dari knockdown HEBP2 sebagian besar dibatalkan oleh blokade CCL3, menunjukkan bahwa makrofag CCL3+ adalah mediator penting dari respons imun yang ditingkatkan.
Selanjutnya, kami mengevaluasi efek penargetan GSTP1 in vivo. Knockdown GSTP1 pada sel tumor AT3 secara signifikan menghambat pertumbuhan tumor dan meningkatkan infiltrasi sel imun antitumor (CCL3+, CD4+, CD8+, GZMB+, CD86+) sambil mengurangi makrofag CD206+ (Gambar K, L - Analisis sebelumnya). Ini menunjukkan bahwa GSTP1 adalah target yang efektif untuk memanipulasi TME.
4. HEBP2 Mengatur Transkripsi GSTP1 Melalui Interaksi dengan FOXA1.
Untuk menguraikan mekanisme di mana HEBP2 mengatur GSTP1, kami menyelidiki interaksi HEBP2 dengan faktor transkripsi. Kami menemukan bahwa HEBP2 berinteraksi secara fisik dan langsung dengan faktor transkripsi FOXA1. Menariknya, HEBP2 mempromosikan lokalisasi nukleus FOXA1; knockdown HEBP2 menyebabkan retensi sitoplasma FOXA1, sementara overekspresi HEBP2 meningkatkan lokalisasi nukleus dan pembentukan foci nukleus FOXA1. Kami mengidentifikasi domain N-IDR FOXA1 sebagai krusial untuk interaksinya dengan HEBP2 dan lokalisasi nukleus.
Lebih lanjut, kami menunjukkan bahwa FOXA1 secara langsung mengatur ekspresi GSTP1. Overekspresi FOXA1 meningkatkan ekspresi mRNA dan protein GSTP1. ChIP-qPCR mengkonfirmasi bahwa FOXA1 berikatan langsung dengan wilayah promoter GSTP1, dan luciferase reporter assay menunjukkan bahwa FOXA1 mengaktifkan aktivitas promoter GSTP1 melalui situs pengikatan spesifik. Yang terpenting, HEBP2 bekerja secara sinergis dengan FOXA1 untuk meningkatkan ekspresi GSTP1. Data in vivo juga mengkonfirmasi bahwa tingkat HEBP2 berkorelasi dengan lokalisasi nukleus FOXA1 dan ekspresi GSTP1 dalam tumor.
5. Inhibisi GSTP1 Bersinergi dengan Anti-PD-1 untuk Meningkatkan Respons Imunoterapi pada TNBC.
Mengingat peran GSTP1 dalam memediasi imunosupresi, kami mengevaluasi potensi terapeutik dari kombinasinya dengan anti-PD-1. Dalam model tumor ortotopik tikus, baik inhibisi GSTP1 farmakologis (Eazistat) maupun knockdown GSTP1 secara signifikan menghambat pertumbuhan tumor. Namun, kombinasi penargetan GSTP1 dengan terapi anti-PD-1 menghasilkan efek antitumor sinergistik yang jauh lebih kuat, yang ditunjukkan oleh pengurangan volume dan berat tumor yang drastis. Kombinasi terapi ini secara signifikan meningkatkan infiltrasi dan aktivasi sel T sitotoksik (CD4+, CD8+, PRF+, GZMB+) dan menggeser fenotipe makrofag dari imunosupresif (CD206+) menjadi pro-imun (CD86+) di TME.
Untuk validasi klinis, kami menggunakan model fragmen tumor turunan pasien (PDTF) TNBC. Kami menemukan bahwa kombinasi anti-PD-1 dan Eazistat secara signifikan meningkatkan aktivasi sel T (peningkatan CD69+) dan menunjukkan tren peningkatan produksi sitokin pro-inflamasi (IFN-gamma, TNF-alpha) dibandingkan dengan anti-PD-1 saja.
6. Ekspresi HEBP2 dan GSTP1 yang Tinggi Berkorelasi dengan Respons Imunoterapi yang Buruk pada Pasien TNBC.
Akhirnya, kami menganalisis data dari dua uji klinis pasien TNBC yang menerima imunoterapi. Dalam uji klinis I-SPY2, pasien dengan ekspresi HEBP2 dan GSTP1 yang tinggi memiliki tingkat pCR yang lebih rendah, sementara pasien dengan infiltrasi CCL3+ yang tinggi menunjukkan tingkat pCR yang lebih baik. Temuan ini divalidasi dalam uji klinis FUTURE-C-Plus pada pasien mTNBC, di mana ekspresi HEBP2 dan GSTP1 yang rendah, serta ekspresi CCL3 yang tinggi, secara signifikan berkorelasi dengan persentase remisi tumor yang lebih tinggi. Korelasi spasial juga menunjukkan bahwa area tumor dengan HEBP2/GSTP1 tinggi cenderung kekurangan CCL3+ pada pasien yang tidak merespons.
Diskusi
Studi kami mengidentifikasi sumbu HEBP2-FOXA1-GSTP1 sebagai mekanisme baru yang mendorong crosstalk metabolik antara sel tumor TNBC dan makrofag yang menginfiltrasi tumor, yang mengarah pada ferroptosis makrofag CCL3+ dan resistensi imunoterapi. Temuan ini memberikan wawasan penting tentang bagaimana sel tumor memanipulasi TME untuk menghindari pengawasan imun dan menawarkan strategi terapeutik yang menjanjikan.
Kami menunjukkan bahwa HEBP2, melalui interaksinya dengan FOXA1, secara transkripsional mengaktifkan GSTP1. Interaksi HEBP2-FOXA1 sangat penting untuk lokalisasi nukleus FOXA1, memungkinkan FOXA1 untuk mengikat promoter GSTP1 dan meningkatkan ekspresinya. Peran FOXA1 sebagai faktor transkripsi "pionir" yang dapat membuka kromatin dan memfasilitasi pengikatan faktor transkripsi lain mungkin menjelaskan bagaimana HEBP2, dengan mempromosikan lokalisasi nukleus FOXA1, secara efektif memprogram ulang transkriptom sel tumor.
Peningkatan GSTP1 dalam sel tumor TNBC menggeser metabolisme sel ke arah produksi glutation dan konsumsi glutamin yang berlebihan. Glutation adalah antioksidan endogen utama, dan peningkatan produksinya dapat membantu sel tumor mengatasi stres oksidatif yang terkait dengan proliferasi cepat. Namun, konsumsi glutamin yang berlebihan ini menciptakan lingkungan yang kekurangan glutamin di TME. Kami menunjukkan bahwa makrofag CCL3+, subpopulasi makrofag antitumor yang penting, sangat rentan terhadap deprivasi glutamin, yang menginduksi ferroptosis pada mereka. Ferroptosis, bentuk kematian sel yang bergantung pada besi dan peroksidasi lipid, telah muncul sebagai mekanisme penting dalam penekanan kekebalan tumor 11. Makrofag CCL3+ secara intrinsik memiliki tingkat stres oksidatif yang lebih tinggi, membuat mereka lebih rentan terhadap ferroptosis yang diinduksi oleh deprivasi glutamin.
Secara in vivo, penargetan HEBP2 atau GSTP1 pada sel tumor secara signifikan menghambat pertumbuhan tumor dan meningkatkan respons imun antitumor, yang dimediasi oleh makrofag CCL3+. Hal ini menunjukkan bahwa memodulasi metabolisme sel tumor dapat secara efektif memprogram ulang TME untuk mendukung respons imun. Yang terpenting, kami menunjukkan bahwa kombinasi inhibisi GSTP1 dengan terapi anti-PD-1 menghasilkan efek antitumor sinergistik yang kuat. Hal ini kemungkinan besar terjadi karena inhibisi GSTP1 tidak hanya mengurangi konsumsi glutamin oleh sel tumor, sehingga menyelamatkan makrofag CCL3+ dari ferroptosis, tetapi juga meningkatkan infiltrasi dan aktivasi sel T, menciptakan TME yang lebih kondusif untuk respons imunoterapi. Validasi dalam model PDTF manusia lebih lanjut mendukung relevansi klinis dari strategi kombinasi ini.
Akhirnya, analisis kami pada kohort pasien TNBC menegaskan relevansi klinis dari temuan ini. Ekspresi HEBP2 dan GSTP1 yang tinggi berkorelasi dengan respons yang buruk terhadap imunoterapi, sementara infiltrasi makrofag CCL3+ yang tinggi berkorelasi dengan respons yang lebih baik. Ini menempatkan HEBP2 dan GSTP1 sebagai biomarker prediktif potensial untuk respons imunoterapi dan target yang menarik untuk intervensi terapeutik.
Secara keseluruhan, studi kami mengidentifikasi sumbu HEBP2-FOXA1-GSTP1 sebagai penggerak kunci imunosupresi TME pada TNBC. Dengan mempromosikan metabolisme glutation dan konsumsi glutamin yang berlebihan, sel tumor yang mengekspresikan HEBP2/GSTP1-tinggi menginduksi ferroptosis pada makrofag CCL3+ antitumor, sehingga menghambat respons imun dan menyebabkan resistensi imunoterapi. Strategi terapeutik yang menargetkan GSTP1, terutama dalam kombinasi dengan imunoterapi anti-PD-1, menunjukkan potensi besar untuk mengatasi resistensi ini dan meningkatkan hasil pasien TNBC.
Kesimpulan
Studi ini mengidentifikasi sumbu HEBP2-FOXA1-GSTP1 sebagai mekanisme sentral yang memediasi crosstalk metabolik antara sel tumor TNBC dan makrofag CCL3+. Melalui regulasi transkripsional GSTP1 oleh HEBP2-FOXA1, sel tumor memprogram ulang metabolisme glutation dan meningkatkan konsumsi glutamin, yang secara selektif mendorong ferroptosis pada makrofag CCL3+ antitumor. Penargetan GSTP1 secara signifikan menghambat pertumbuhan tumor, meningkatkan respons imun antitumor, dan bersinergi dengan imunoterapi anti-PD-1. Temuan ini tidak hanya memberikan pemahaman mekanistik baru tentang resistensi imunoterapi pada TNBC tetapi juga menyoroti GSTP1 sebagai target terapeutik yang menjanjikan untuk meningkatkan efikasi imunoterapi pada pasien TNBC.
Referensi:
Catatan:
Berikut ini kami sertakan beberapa file untuk mempermudah pemahaman
1. Ringkasan Versi PPT (dalam bahasa Inggris)
2. Penjelasan Cara Membaca Grafik Data (dalam bahasa Inggris)
Artikel Lainnya
No comments:
Post a Comment