《细胞》：一招杀死35种癌细胞！科学家首次发现，中性粒细胞分泌的弹性蛋白酶，至少能杀伤35种癌细胞，...
中性粒细胞的抗癌能力，真的被小瞧了！
近日，来自芝加哥大学的Lev Becker团队在《细胞》杂志发表重要研究成果[1]，他们发现中性粒细胞分泌的弹性蛋白酶，至少可以选择性地杀伤35种癌细胞。更让人喜出望外的是，这个酶不杀伤正常细胞。
这一发现可能有助于开发出对癌细胞有选择性、对正常细胞无毒的药物。
论文首页截图
免疫系统对于维持人体健康有重要作用，它可以帮助我们抵御各种外来的病原体，还能监视并杀伤肿瘤细胞。
在天然免疫的众多“卫士”中，中性粒细胞是一个低调而又强悍的存在，它可以杀伤多种病原体，来帮助我们抵御感染。但是对于中性粒细胞是否还具有杀伤肿瘤的作用，目前的研究尚不能给出确切的答案。
为了回答中性粒细胞是否可以选择性地杀死癌细胞，Becker和他的同事用中性粒细胞条件培养基处理35种不同的癌细胞和12种非癌症细胞。神奇的是，中性粒细胞培养基对这35种癌细胞都有杀伤作用，但对非癌症细胞没有毒性。
中性粒细胞培养基可以杀伤多种癌细胞，但不杀伤非癌症细胞
这一出乎意料的现象，让研究人员不禁思考：中性粒细胞究竟释放了什么来杀伤癌细胞的呢？
研究人员尝试了各种生化手段来寻找背后的蛋白，令人意外的是，最后是一枚0.22 μm的滤器提供了关键线索。他们发现，在不降低总蛋白的情况下，过滤能消除中性粒细胞培养基对肿瘤的杀伤作用，这一发现提示发挥作用的蛋白被过滤掉了！
Becker团队进一步通过蛋白质组学技术，比较过滤前后培养基中的蛋白质含量差异，最终找到了今天的主角——中性粒细胞弹性蛋白酶（ELANE）。
ELANE是一种丝氨酸蛋白酶，过去的研究发现它能消灭细菌和破坏宿主组织[2]。
中性粒细胞弹性蛋白酶（ELANE）可以杀伤多种癌细胞，但不杀伤非癌症细胞
那么，ELANE是如何杀死肿瘤细胞的呢？
Becker团队发现，ELANE可以通过抑制癌细胞生存相关的通路，诱导DNA损伤，提高线粒体ROS的产生，并激活凋亡通路等一系列复杂的程序来杀伤癌细胞。
之前的研究表明，抑制CD95（也就是大名鼎鼎的Fas）可以产生和ELANE类似的杀伤程序，从而选择性地杀伤癌细胞[3]。那么ELANE是否可能也是通过作用于CD95来发挥功能呢？
实验结果发现，ELANE可以通过内吞作用进入癌细胞，进而通过水解切割来释放CD95的胞内“死亡结构域”。顾名思义，正是CD95释放出来的“死亡结构域”让癌细胞发生了凋亡。
被提前插入的机制图
那么问题又来了，正常细胞中也会有CD95的表达，ELANE是如何做到针对性地杀死癌细胞的呢？
Becker和他的同事推断，癌细胞可能表达一些在非癌细胞中不存在或表达很少的因子，正是这些因子与“死亡结构域”相互作用杀死了癌细胞。
顺着这一思路，研究人员鉴定出四种组蛋白H1亚型（H1.0, H1.2, H1.4和H1.5）在癌细胞中结合“死亡结构域”，而在非癌症细胞中不存在这一现象。
进一步的实验发现，和非癌细胞相比，这些组蛋白H1亚型通常会在癌细胞中表达升高，而ELANE切割释放出来的“死亡结构域”可诱导DNA损伤，并促使H1组蛋白亚型从细胞核排出，进而杀死癌细胞。
ELANE杀死癌细胞[4]
接下来，研究人员通过小鼠模型来测试ELANE的抗癌效果。
他们发现，在免疫缺陷小鼠体内，直接注射ELANE可以缩小注射部位肿瘤，但疗效有限。
然而神奇的是，在免疫功能正常的小鼠中，不仅注射ELANE的肿瘤会显著地缩小，而且在同一只小鼠体内，没有注射ELANE的肿瘤也会明显缩小，这一现象被称为远端效应。
进一步的分析发现，在ELANE治疗后，肿瘤中树突状细胞（DCs）和CD8 T细胞都显著增加了，而剔除CD8 T细胞会导致远端效应的消失。也就是说，ELANE除了可以直接杀死肿瘤细胞，还可以增强适应性免疫反应来更全面地清除肿瘤。
在剔除小鼠体内的CD8 T细胞后，ELANE注射部位的肿瘤依然可以缩小，但非注射部位的肿瘤却不会缩小了
当然，肿瘤细胞也不是吃素的，因为ELANE在体内的杀伤作用要比体外弱得多。Becker和他的同事猜想：是不是肿瘤微环境中存在某种物质，抑制了ELANE？
果然，Becker和他的同事发现肿瘤微环境中的细胞可以分泌多种丝氨酸蛋白酶抑制剂，正是这些抑制剂抑制了ELANE的功能。
识破了肿瘤这一狡诈的技能后，研究人员又开始琢磨怎样破除这一屏障。功夫不负有心人，他们发现了一种ELANE同源类似物——猪胰腺弹性酶（PPE），PPE对肿瘤微环境中的丝氨酸蛋白酶抑制剂具有抗性，从而在体内表现出更好的活性。
肿瘤微环境中的丝氨酸蛋白酶抑制剂会显著抑制ELANE的活性，但对猪胰腺弹性蛋白酶（PPE）的抑制作用较弱
深入研究发现，PPE也能像ELANE一样选择性地杀伤肿瘤细胞，并可以更好地缩小小鼠体内的肿瘤，同时保持CD8 T细胞依赖的远端效应。
简单来说，这项研究发现中性粒细胞分泌的弹性蛋白酶可以选择性地杀伤癌细胞，并在小鼠模型中诱导原发和转移部位的肿瘤细胞死亡，同时不会对正常细胞产生毒性。
当然，本文还有许多问题尚未得到解答。例如，核外H1组蛋白是如何诱导细胞死亡的？什么样的抗原被ELANE或PPE治疗所激发，从而产生了远端效应？
在肿瘤研究关注于越来越细的癌症亚型的时代，这一广谱抗癌机制的发现为癌症治疗带来了新的希望，期待着更加深入的研究，能让这一发现早日造福于患者！
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参考文献
1. Cui C, Chakraborty K, Tang XA, et al. Neutrophil elastase selectively kills cancer cells and attenuates tumorigenesis. Cell. Jun 10 2021;184(12):3163-3177 e21. doi:10.1016/j.cell.2021.04.016
2. Belaaouaj A, Kim KS, Shapiro SD. Degradation of outer membrane protein A in Escherichia coli killing by neutrophil elastase. Science. Aug 18 2000;289(5482):1185-8. doi:10.1126/science.289.5482.1185
3. Chen L, Park SM, Tumanov AV, et al. CD95 promotes tumour growth. Nature. May 27 2010;465(7297):492-6. doi:10.1038/nature09075
4. Letai A. Death in the Fas, ELANE. Cell. Jun 10 2021;184(12):3081-3083. doi:10.1016/j.cell.2021.05.024
责任编辑丨BioTalker