ENPP1 蛋白在腫瘤微環境中免疫抑制的角色
Ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1 (ENPP1) 蛋白已知在軟組織和骨質礦化 (mineralization) 的生理調控中扮演重要的角色。
近年研究發現,ENPP1 蛋白在腫瘤細胞微環境 (tumor microenvironment) 中更有一直先天免疫反應 (innate immunity) 與促進腫瘤細胞生長與轉移 (tumor progression and metastasis) 的作用,成為新興抗癌標靶開發的重點蛋白 (1-2)!
ENPP1 蛋白對於旁分泌 STING 訊號傳遞路徑的抑制作用
在癌症細胞中,染色體的不穩定促使微核 (micronuclei) 的生成,導致雙股 DNA (double-stranded DNA, dsDNA) 滲出至細胞質中 (2-3)。在細胞質中,這些 dsDNA 進一步被DNA調控系統中的環鳥苷酸-腺苷酸合成酶 (cyclic GMP-AMP synthase, cGAS) 辨識出來,誘導2'3'-cyclic GMP-AMP (2'3'-cGAMP) 的生成 (Fig.1).
而2'3'-cGAMP作為免疫刺激的第二信使,進一步與干擾素刺激因子 (stimulator of interferon genes, STING) 結合並將其活化,從而促使下游轉錄因子:IRF3和NF-κB的磷酸化,引起第一型IFN促發炎細胞因子的分泌 (4)。
腫瘤細胞中染色體的不穩定性,引導下游STING 路徑更偏向於 NF-Κb誘導的免疫反應,造成dsDNA 的損傷,降低腫瘤細胞的轉移 (2)。
腫瘤細胞將溶解度高的2'3'-cGAMP 輸出到細胞質外,附近的宿主細胞 (host cell) 將其吞噬,進而活化典型 STING 訊號傳遞路徑 (canonical STING signaling),加劇免疫反應。這一系列的免疫反應包含了:第一型 IFN 的生成、樹突狀細胞聚集 (dendritic cell recruitment) 以及毒殺型T細胞的活化 (Fig.2),進一步惡化癌症疾病的進程 (2-3,5)。
反之,ENPP1 蛋白可以透過減弱上訴免疫風暴的訊號傳遞,改善預後不良的狀況 (2,5-6) 。
常見的癌症路徑包含:卵巢癌 (ovarian)、乳癌 (breast cancer)、肝癌 (HCC)、甲狀腺癌 (thyroid cancer) 以及胰臟癌 (pancreatic cancer) 等 (2,5-6)。
ENPP1 蛋白是一種穿膜蛋白 (transmembrane protein),具有面向外部的催化結構域 (external-facing catalytic domain) 能夠將2'3'-cGAMP降解,進而抑制腫瘤微環境中,旁分泌STING訊號的傳遞。
透過這個機制可以有效的削弱免疫反應 (3,7)。
也只有在細胞外的2'3'-cGAMP降解時,能夠抑制腫瘤細胞的免疫活化反應,更能夠減少腫瘤細胞轉移的情況發生 (3)。
ENPP1蛋白在腺苷 (adenosine) 訊號傳遞的貢獻
ENPP1 蛋白在免疫脫逃 (immune evasion)中具有輔助的作用,協助腺苷(adenosine) 的生成。上著提到, ENPP1蛋白可以把2'3'-cGAMP水解,形成 GMP和 AMP (7)。ENPP1 蛋白同時也可以水解 ATP (Fig.3)。在ATP水解的過程中,同時也意味著腫瘤微環境壓力的增加。因為細胞損傷和凋亡不停地發生,並且促進發炎反應的發生,進而產出AMP和無機焦磷酸鹽 (inorganic pyrophosphate, PPi)。
AMP 的兩大來源:2'3'-cGAMP水解和ATP水解所得。
AMP進一步被ecto-5'-nucleotidase (NT5E; CD73) 水解,形成腺苷,與細胞外的腺苷受體結合,抑制促發炎細胞因子的生成分泌,促進抗發炎細胞因子的分泌,促進細胞遷移 (cell migration),並促進腫瘤細胞的生長 (2,7)。
透過降解 ATP和 2'3'-cGAMP, ENPP1 蛋白不單抑制了促發炎的狀況,更刺激腺苷的分泌。而腺苷具有免疫抑制的功能性。
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ENPP1 蛋白作為癌症治療的重點
References
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