東京大學定量生命科學研究所的清水謙次特任助教和岡崎拓教授等人組成的研究團隊，詳細調查了PD-1對T細胞基因表現的影響。調查發現，有些基因的表達增加會受到PD-1抑制，而有些則不會。研究團隊同時還查清了這些基因的特徵。
目前，PD-1抑制劑抗體藥作爲癌症冶癒藥物應用於很多患者身上。但根據癌症類型和個體的不同，其效果也大相徑庭。此次的研究成果有望應用於改良使用PD-1抑制劑抗體藥的癌症免疫療法及開發新的免疫調控療法。
【研究背景】
在保存人體免受病原體和癌細胞相害作用的免疫系統中，T細胞同時擔當指揮和執行者的角色，透過識別各T細胞的獨特性抗原而被激活。T細胞被激活後，各種基因表現會相應發生變化，表現出存活、增殖、分化及產生細胞介素等應答。
因透過解除免疫抑制開發出了癌症免疫療法，2018年的諾貝爾生理學或醫學獎被頒發給本庶佑博士和詹姆斯·艾利森博士。透過兩位博士的研究應答，雖然在未冶癒狀態下已經誘導了對癌細胞的免疫反應，但效果被PD-1及CTLA-4等抑制性免疫輔助接受者（即免疫檢查點分子）削弱。可以透過阻礙抑制性免疫輔助接受者的功能可以激活癌細胞獨特性T細胞，從而達到冶癒癌症的目的。岡崎教授2008年之前一直在京都大學的本庶研究室從事研究，查清了PD-1抑制的分子機制等，應答PD-1是一類能抑制對自身的不適當免疫反應和癌症免疫反應的抑制性免疫輔助接受者。
此前就知道PD-1會抑制T細胞的活性化，但不清楚其究竟是如何改變T細胞的基因表現的。在T細胞上表達的抗原受體（T細胞接受者，TCR）識別抗原後，TCR會被磷酸化，並向下游傳遞訊號。
由於PD-1是透過削弱TCR的磷酸化抑制T細胞被激活，此前一直認爲PD-1會以相同的方式抑制因T細胞被激活而引起的所有基因表現變化。但PD-1發揮作用時，T細胞會暫時或長期陷入功能失調狀態等，即PD-1會使T細胞的功能發生質的變化。如以相同方式抑制所有基因表現變化的話則無法解釋爲什麼T細胞會發生質變，因此PD-1是如何調控T細胞活性化的始終是個謎。
【研究内容】
此次，研究團隊首先在PD-1工作和不工作的條件下分別對T細胞進行抗原刺激，全面調查了各基因表現量。調查發現，對T細胞進行抗原刺激時表達量增加的基因既包括容易被PD-1抑制的基因也有不容易被抑制的基因（圖1）。
圖1：隨着T細胞被激活表達增加的基因包括容易被PD-1抑制的基因和不容易被抑制的基因
接下來，研究團隊改變了刺激T細胞的抗原的量並進行解析發現，表達增加所需的抗原量因基因而異。因此，計算了誘導各基因表現量增加至最大表達增加量一半時的抗原濃度（半最大效應濃度，EC50）。計算發現，不同基因的EC50值最大相差482倍。另外還發現，PD-1的抑制效果與EC50呈正相關（圖2）。也就是說，越是需要強烈刺激才能增加表達量的基因，越容易被PD-1抑制。
圖2：EC50的值越高的基因，越容易被PD-1抑制
研究團隊調查基因的啟動子序列特徵與PD-1的抑制效果間的關係時發現，容易被PD-1抑制表達增加的基因，啟動子序列的CpG頻率較低，濃縮了幾種比較有特點的轉錄因子結合基序。
研究認爲，各基因的EC50由CpG的頻率與轉錄因子結合基序的組合等決定，PD-1抑制各基因表現的增加與EC50的值相對應。
最後，研究團隊調查了表達增加容易被PD-1抑制的基因的功能性特徵。調查發現，PD-1會選擇性地抑制細胞介素和CD40L等在T細胞實際工作時發揮作用的基因表現。另一方面，PD-1對與轉錄、程式性細胞死亡和訊號轉導等有關的基因表現則幾乎沒有影響（圖3）。
圖3：PD-1的T細胞活性化調控機制
以上結果表明，PD-1並不是單純削弱T細胞的活性化程度，而是透過選擇性抑制特定基因，使T細胞發生質的變化。實驗證明，被PD-1抑制活性化的T細胞與單純地被少量抗原微弱刺激的T細胞有着質的區別。希望今後能查明PD-1在抑制自體免疫和癌症免疫方面具有這種特性的意義。
【社會意義】
PD-1抑制劑抗體藥的冶癒效果因癌症類型和個體而大不相同。癌症獨特性T細胞的功能被PD-1抑制越強烈，認爲PD-1抑制劑抗體藥越有效。透過檢查容易被PD-1抑制的基因和不容易被抑制的基因的表達模式，判斷癌症獨特性T細胞實際上多大程度被PD-1抑制，有望提前預測PD-1抑制劑抗體藥的冶癒效果。另外，容易被PD-1抑制的基因被認爲可以作爲癌症和自體免疫的冶癒靶標。
論文資訊
題目：PD-1 imposes qualitative control of cellular transcriptomes in response to T cell activation
期刊：《Molecular Cell》
DOI：10.1016/j.molcel.2019.12.012
文：JST客觀日本編輯部編譯
