客户佳作｜帕金森相关蛋白竟成肿瘤 “帮凶”？新研究揭开免疫抑制的神秘面纱

免疫治疗的 “拦路虎”：肿瘤微环境里的 “暗箱操作”

近年来，免疫检查点抑制剂（比如大家熟知的 PD-1/PD-L1 抑制剂）为癌症治疗带来了革命性突破，但遗憾的是，多数实体瘤患者对这类治疗反应不佳。关键问题就藏在肿瘤免疫微环境（tumor immune microenvironment, TIME） 里 —— 这里就像一个混乱的 “战场”，免疫细胞之间的 “交流” 被严重干扰，导致杀伤肿瘤的 T 细胞 “失明”“失能”。

其中，肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages, TAMs） 是微环境里的 “关键角色”。正常情况下，它们像 “免疫哨兵” 一样，会捕捉肿瘤细胞的 “坏分子”（抗原），并通过 “展示牌”（主要组织相容性复合体 I 类分子，MHC-I）把信息传递给 T 细胞，让 T 细胞精准打击肿瘤。但在很多肿瘤中，TAMs 会 “叛变”，不仅不传递信息，还会释放抑制信号，让 T 细胞 “罢工”。

意外发现：Parkin蛋白是“叛变”的幕后推手

研究团队发现，Parkin 蛋白正是让 TAMs “叛变” 的关键。

在小鼠实验中，敲除Parkin基因后，奇迹发生了：

• 多种肿瘤（结肠癌、肝癌、胶质瘤、乳腺癌等）的生长速度显著减慢，小鼠生存期大幅延长；
• 肿瘤微环境里的 T 细胞数量明显增加，而且更 “活跃”—— 能分泌更多杀伤肿瘤的细胞因子（如 IFN-γ）；
• 巨噬细胞的 “抗原呈递能力” 显著增强，MHC-I 分子的 “展示牌” 更清晰，能更有效地激活 T 细胞。

图 1. 小鼠体内 Parkin 缺失可减轻多种癌症的肿瘤负荷。（A和B）野生型（WT）和Park2基因敲除（Park2−/−）小鼠接种皮下MC38肿瘤后的肿瘤体积（A）和生存率（B）。 （C和D）野生型（WT）和Park2基因敲除（Park2−/−）小鼠接种皮下Hepa1-6肿瘤后的肿瘤体积（C）和生存率（D）。（E）肝细胞癌原位模型中野生型（WT）和Park2基因敲除（Park2−/−）小鼠的生存分析。（F）肝细胞癌肿瘤的代表性图像。（G）野生型（WT）和Park2基因敲除（Park2−/−）小鼠颅内接种CT2A胶质瘤细胞后的总生存率（OS）曲线。GBM，多形性胶质母细胞瘤。（H）小鼠颅内肿瘤的代表性组织学图像（箭头指示肿瘤）。图像为每只指定动物至少3张图像中的代表性图像。（I）通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析的40091个细胞的t分布随机邻域嵌入（t-SNE）图，这些细胞来自接种MC38肿瘤的野生型或Park2基因敲除小鼠（每组2只小鼠的细胞合并）。DCs，树突状细胞。（J）（I）中主要细胞类型的比例。（K）野生型或Park2基因敲除小鼠皮下MC38肿瘤中T细胞、CD8+ T细胞和CD4+ T细胞的百分比。（L和M）野生型和Park2基因敲除小鼠肿瘤间质液中的IL-2（L）和IFN-γ（M）水平。（N至P）接受（N）磷酸盐缓冲盐水（PBS）、（O）抗CD4抗体和（P）抗CD8抗体处理的野生型和Park2基因敲除MC38荷瘤小鼠的肿瘤体积。图中已标注小鼠数量。

更有趣的是，当特异性敲除巨噬细胞中的 Parkin 时，同样能看到肿瘤被抑制的效果。这说明，巨噬细胞里的 Parkin 是导致免疫抑制的 “主谋”。

图3. Parkin缺陷增强巨噬细胞功能及T细胞活化。（A）带注释的UMAP图，显示对野生型（WT）和Park2基因敲除（Park2−/−）小鼠肿瘤中髓系细胞的单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析结果。（B和C）野生型和Park2基因敲除小鼠中CD8+ T细胞与髓系细胞间相互作用的强度差异。（D） scRNA-seq数据集中，接种MC38肿瘤的野生型和Park2基因敲除小鼠的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中选定基因的表达水平热图。（E）接种MC38细胞后，接受抗集落刺激因子1受体（抗CSF1R）抗体处理或未处理的野生型和Park2基因敲除小鼠的肿瘤体积。图中已标注小鼠数量。（F）对照小鼠（Ctrl）和Park2fl/fl-Lyz2-Cre+/−小鼠接种皮下MC38肿瘤后的肿瘤体积。CKO，条件性敲除。（G）对照小鼠或Park2fl/fl-Lyz2-Cre+/−小鼠皮下MC38肿瘤中T细胞、CD8+ T细胞的百分比。（H）实验设计。（I）接种Hepa1-6细胞并移植野生型或Park2基因敲除骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）的野生型小鼠的肿瘤体积。图中已标注小鼠数量。（J）基于scRNA-seq数据集，对野生型和Park2基因敲除小鼠肿瘤中巨噬细胞的转录本进行分析，评估共刺激、抗原呈递、炎症和M1型巨噬细胞特征的富集程度。（K）基于MC38模型的scRNA-seq分析，显示野生型或Park2基因敲除小鼠的TAMs与T细胞亚群之间选定配体-受体对相互作用的气泡热图。

解密机制：Parkin 如何 “切断” 免疫信号？

Parkin 原本的工作是 “清理” 细胞里受损的线粒体（线粒体自噬），但在肿瘤微环境中，它干起了 “破坏免疫” 的勾当。

研究发现，肿瘤微环境中能量代谢紊乱，会激活一种叫 AMPK 的 “能量感知蛋白”。AMPK 会给 Parkin “发信号”，让它激活。激活后的 Parkin 会通过一种叫 ATG5 的蛋白启动 “自噬程序”，而这个程序会 “偷偷” 降解巨噬细胞表面的 MHC-I 分子 —— 就像把 “展示牌” 藏了起来，T 细胞接收不到肿瘤信息，自然无法发起攻击。

图 4. Parkin 抑制巨噬细胞的抗原呈递。（A）对Park2基因敲除（Park2−/−）小鼠中macro_CD80和macro_C1qc巨噬细胞亚群中上调基因的富集分析。GO_BP，基因本体论：生物学过程；GO_CC，基因本体论：细胞组分；GO_MF，基因本体论：分子功能。TAP，TAP蛋白是由TAP1和TAP2亚基组成的异二聚体肽转运蛋白。（B）野生型（黑色）或Park2基因敲除（红色）macro_CD80和macro_C1qc巨噬细胞中促炎症和MHC-I抗原呈递特征富集分数的经验累积分布函数（ECDF）图。（C）M1型巨噬细胞特征中选定基因的点图。（D）抗原呈递特征中选定基因的点图。（E）用骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）刺激的OT-I T细胞的代表性图像和比例。（F）皮下MC38肿瘤中肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的MHC-I表达。（G和H）用TAMs刺激72小时后的OT-I T细胞的代表性图像和比例（G），或对照小鼠和Park2fl/fl-Lyz2-Cre+/−小鼠的OT-I T细胞的代表性图像和比例（H）。（I）与BMDMs共培养后，IFN-γ+ OT-I T细胞的代表性图像和比例。（J）与TAMs共培养72小时后，OT-I T细胞分泌的IFN-γ水平。（K）bulk RNA-seq数据集中，野生型和Park2基因敲除小鼠MC38肿瘤中与IFN-γ产生相关的基因表达水平热图。（L）经IFN-γ阻断的野生型和Park2基因敲除MC38荷瘤小鼠的肿瘤体积。图中已标注小鼠数量。（M）野生型或Park2基因敲除肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）中的有效克隆性。（N）野生型（黑色）或Park2基因敲除（红色）T细胞中记忆T细胞特征富集分数的ECDF图。（O）记忆T细胞特征中选定基因的点图。（P）野生型或无瘤Park2基因敲除小鼠在接受5倍数量Hepa1-6细胞再次攻击后的肿瘤生长情况。

图 5. AMPK 依赖的 Parkin 激活通过自噬抑制 MHC-I 呈递。（A 和 B）野生型（WT）和 Pink1 基因敲除（Pink1−/−）小鼠接种皮下 MC38 肿瘤后的肿瘤生长（A）和总生存率（OS）（B）。（C 和 D）对照细胞和过表达全长 Parkin 的 Raw264.7 细胞的代表性图像（C）和 MHC-I 表面水平（D）。Comp-FL2-A，补偿信号荧光通道 2 面积；PE-A，藻红蛋白面积参数。（E）对照细胞和过表达全长 Parkin 的 Raw264.7 细胞中 Parkin 和 MHC-I 的总细胞水平。GAPDH，甘油醛 - 3 - 磷酸脱氢酶。（F）对照细胞、过表达全长 Parkin 的细胞以及过表达 Parkin S65A、S108A 和 C430S 突变体的 Raw264.7 细胞的 MHC-I 表面水平。（G）免疫亚群中 AMPK 信号通路的表达和活性。（H）过表达全长 Parkin、Parkin S65A、S108A 和 C430S 突变体的 Raw264.7 细胞在未处理（NC）或经 AMPK 抑制剂（AMPKi）处理后的 MHC-I 表面水平。（I 和 J）对照细胞和过表达全长 Parkin 的 Raw264.7 细胞中 H2-K1（I）和 H2-Q1（J）的 mRNA 表达水平。（K）对照细胞和过表达全长 Parkin 的 Raw264.7 细胞在未处理或经自噬抑制剂 [氯喹（CQ）和巴佛洛霉素 A1（BafA1）] 处理后的 MHC-I 表面水平。（L 和 M）经 BafA1 处理的对照细胞和过表达全长 Parkin 的 Raw264.7 细胞中 MHC-I 表达的蛋白质印迹分析。（N）野生型和 Atg5fl/fl-Lyz2-Cre+/−小鼠接种皮下 MC38 肿瘤后的肿瘤生长。（O）MC38 肿瘤中 T 细胞的代表性图像和百分比。（P）对照小鼠和 Atg5fl/fl-Lyz2-Cre+/−小鼠 MC38 肿瘤中肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的 MHC-I 表达。（Q）用 TAMs 刺激 72 小时后，增殖的 OT-I T 细胞的代表性图像和比例。

更关键的是，这个过程和 Parkin 在帕金森病中的经典作用（依赖 PINK1 蛋白的线粒体自噬）完全不同，是一条全新的 “作恶路径”。

临床价值：从 “靶点” 到 “ biomarker” 的双重潜力

这项研究不仅揭示了 Parkin 的新功能，还为癌症治疗提供了新思路：

1. 联合治疗更有效：敲除 Parkin 后，小鼠对 PD-L1 抑制剂的反应明显增强。这意味着，抑制 Parkin 可能让更多患者从免疫治疗中受益。

2. 预测预后的 “指示器”：分析人类肿瘤数据发现，Parkin 低表达的患者，体内杀伤性 T 细胞更多，预后更好。基于此构建的 “Parkin 缺失特征”，能有效预测多种实体瘤患者的生存期。

3. 跨界研究的启发：Parkin 同时关联帕金森病和肿瘤，提示两种看似无关的疾病可能存在共同的分子机制。未来或许能通过调节 Parkin，同时为神经退行性疾病和癌症提供新疗法。

图 6. Parkin 缺失增强免疫检查点阻断（ICB）治疗的疗效，且 Parkin 是癌症免疫治疗的潜在靶点。（A）不同肿瘤中 Park2 的表达与活化 CD8⁺T 细胞浸润的相关性分析。UCS，子宫癌肉瘤；THCA，甲状腺癌；SARC，肉瘤；PRAD，前列腺腺癌；LGG，低级别胶质瘤；KIRP，肾乳头状细胞癌；KIRC，肾透明细胞癌；HNSC，头颈部鳞状细胞癌；GBM，多形性胶质母细胞瘤；COAD，结肠腺癌；BRCA，乳腺浸润性癌；BLCA，膀胱尿路上皮癌。（B）接受新辅助抗 PD-1 治疗的转移性尿路上皮癌（mUC）患者中 Park2 的表达。（C）野生型（WT）和 Park2 基因敲除（Park2⁻/⁻）MC38 荷瘤小鼠在第 9、12、15 和 18 天腹腔注射抗小鼠 PD-L1 抗体或未处理后的肿瘤体积。图中已标注小鼠数量。（D 至 K）Park2⁻/⁻特征评分与腺样囊性癌（ACC）（D）、乳腺癌（BRCA）（E）、结肠腺癌（COAD）（F）、肝细胞癌（LIHC）（G）、前列腺腺癌（PRAD）（H）、直肠腺癌（READ）（I）、皮肤 cutaneous 黑色素瘤（SKCM）（J）和胃腺癌（STAD）（K）患者的总生存率（OS）、疾病特异性生存率（DSS）和无进展间隔期（PFI）的相关性。低 Park2⁻/⁻特征，蓝色曲线；高 Park2⁻/⁻特征，红色曲线。

结语：每个 “坏蛋白” 都可能藏着治疗的希望

从保护神经到帮助肿瘤逃避免疫，Parkin 的 “双面人生” 提醒我们：人体的分子机制远比想象中复杂。而每一个这样的发现，都在为破解疾病谜题、开发新疗法添砖加瓦。

或许在不久的将来，针对 Parkin 的药物能与免疫治疗联手，让更多肿瘤患者迎来曙光。而这一切，都始于对一个 “老蛋白” 的全新认识。

研究所用的Lyz2-Cre小鼠来自鼠来宝生物。

原文链接 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn8402