【导读】细胞间黏附分子-1 (ICAM-1)在非小细胞肺癌(NSCLC)中高表达，且与不良预后相关。然而，ICAM-1在肿瘤中的作用机制仍不清楚。
8月21日，中国科学院研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了题为“Neoplastic ICAM-1 protects lung carcinoma from apoptosis through ligation of fibrinogen”的研究论文，本研究中，研究人员证明了纤维蛋白原γ链(FGG) -ICAM-1相互作用触发的抗凋亡信号是NSCLC细胞存活的关键，而不是正常的人支气管上皮细胞。ICAM-1 - FGG连接保留了ICAM-1胞质结构域的酪氨酸磷酸化及其与SHP-2的结合，进而促进Akt和ERK1/2的活化，但抑制了JNK和p38的活化。消除ICAM-1-FGG相互作用通过激活caspase-9/3诱导NSCLC细胞死亡，并显著抑制小鼠异种移植模型的肿瘤发展。最后，研究人员开发了一种抗ICAM-1-FGG结合基序的单克隆抗体，阻断ICAM-1-FGG相互作用，有效抑制NSCLC细胞的体外存活和体内肿瘤生长。因此，抑制ICAM-1-FGG轴为NSCLC的靶向治疗提供了潜在策略。
背景知识
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肺癌是全球最常见的癌症类型之一，也是癌症相关死亡的主要原因。根据其临床病理特征，肺癌大致分为小细胞肺癌(small cell lung cancer, SCLC)和非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)。NSCLC约占肺癌总数的85%。细胞间黏附分子-1 (ICAM-1)是一种跨膜糖蛋白，属于免疫球蛋白超家族的黏附分子，其表达与NSCLC患者的总生存期呈负相关。肿瘤细胞ICAM-1高表达和血清可溶性ICAM-1水平的NSCLC患者更具有侵袭性肺癌进展，提示ICAM-1在NSCLC中具有潜在的促进作用。
ICAM-1 (CD54)是一种I型跨膜蛋白，具有五个胞外Ig样结构域，可以与多种胞外和细胞表面受体配体相互作用，在正常生理条件和病理条件下都能调节细胞间或细胞与基质的黏附以及信号转导，具有多方面的作用。在癌症中，ICAM-1已被证明在招募表达β2整合素的免疫细胞从血液流向ICAM-1表达的肿瘤方面发挥作用，从而在整个肿瘤发生过程中启动与癌症相关的免疫反应。ICAM-1与β2的相互作用还允许肿瘤细胞黏附于白细胞，通过促进肿瘤细胞从血管内皮细胞的外渗和触发细胞内信号通路来促进肿瘤细胞的增殖和迁移，从而促进肿瘤的转移过程。ICAM-1还可以与主要由上皮恶性细胞表达的跨膜黏蛋白MUC1相互作用。据报道，ICAM-1-MUC1相互作用可重编程肿瘤微环境中的细胞因子和蛋白酶分泌，并诱导恶性细胞ICAM-1上调表达，从而促进肿瘤细胞迁移和转移。到目前为止，大多数关于ICAM-1在癌症中的作用的研究都集中在与癌症相关的免疫反应和转移方面，而对其在恶性细胞生长方面的固有作用知之甚少。
破坏ICAM-1-FGG相互作用抑制体内肿瘤生长
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为了验证ICAM-1-FGG轴在体内调节NSCLC细胞生存的作用，研究人员将A549细胞通过皮下注射的方式接种到裸鼠体内，建立A549异种移植模型。研究显示接种了ICAM-1 shRNA（shICAM-1）或FGG shRNA（shFGG）的裸鼠肿瘤组织中ICAM-1或FGG的表达显著降低，shICAM-1和shFGG组肿瘤生长速度明显减慢。值得注意的是，shICAM-1和shFGG组的肿瘤在第6天开始自行退化，随后在接下来的几天内迅速显著缩小，表明当ICAM-1或FGG不存在时，肿瘤细胞死亡。在第15天，shICAM-1和shFGG组的肿瘤体积显著小于对照组裸鼠。尤其是，通过ICAM-1Δ8-22突变破坏ICAM-1-FGG相互作用显示出与敲低ICAM-1或FGG相似的肿瘤抑制效果。与这些结果一致的是，shICAM-1、shFGG和shICAM-1 + ICAM-1Δ8-22组的肿瘤在TUNEL染色中显示出强烈的细胞凋亡信号，并激活了caspase-9/3凋亡信号通路。在ICAM-1敲除细胞中重新表达WT ICAM-1有效地抑制了细胞凋亡，并在小鼠体内恢复了肿瘤生长。这些体内数据进一步证实了ICAM-1通过与癌细胞产生的FGG相互作用来支持NSCLC细胞生存的机制。
ICAM-1阻断抗体抑制非小细胞肺癌肿瘤生长
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为探索阻断ICAM-1与FGG相互作用诱导NSCLC细胞凋亡的策略，研究人员采用单链抗体噬菌体展示技术筛选针对ICAM-1中FGG结合基序的单克隆抗体。在已鉴定的能识别ICAM-1 Lys8-Ser22基序的单克隆抗体中，克隆JH12与ICAM-1以纳摩尔亲和力结合，平衡解离常数为9.15 nM。JH12 mAb有效抑制FG与A549细胞的结合，半数抑制浓度(IC50)为0.89 μg/ml，并显著诱导caspase-9/3裂解和A549细胞凋亡。此外，JH12 mAb不影响可溶性ICAM-1与表达整合素β2的NK-92细胞的结合，表明JH12 mAb不影响ICAM-1 -整合素β2的相互作用。
ICAM-1阻断抗体JH12能有效抑制A549移植瘤的生长
接下来，研究人员在体内评估了JH12 mAb对NSCLC肿瘤的治疗效果。每2天腹腔注射1次JH12 mAb或同型匹配的IgG对照，直至实验结束。与IgG对照组相比，JH12 mAb显著抑制肿瘤生长并诱导癌细胞凋亡。这些结果表明，JH12 mAb阻断ICAM-1-FGG相互作用可通过诱导肿瘤细胞凋亡有效抑制体内NSCLC肿瘤生长。
RAS-RAF-MAPK -ERK激酶(MEK)-ERK通路是控制多种细胞过程的主要决定因素，如增殖，存活，分化和运动，在NSCLC中控制细胞存活和增殖。ERK1/2的异位激活在NSCLC中起着重要作用，因此成为抗肿瘤药物开发的一个有吸引力的靶点。考虑到干扰ICAM-1-FGG轴导致了ERK1/2磷酸化的抑制和随后的NSCLC细胞凋亡，研究人员想知道使用JH12 mAb阻断ICAM-1-FGG相互作用是否与最近开发的强效ERK通路小分子抑制剂有协同作用。研究人员检测了JH12单抗联合SCH772984对A549细胞凋亡的影响。SCH772984是一种新的ERK特异性抑制剂，可以有效抑制ERK1和ERK2的活性。JH12联合SCH772984组caspase-9/3裂解和A549细胞凋亡明显高于单独应用JH12单抗或SCH772984组，提示ICAM-1阻断抗体与ERK抑制剂具有协同作用。因此，ICAM-1-FGG抑制剂可能与其他靶向药物联合作为肿瘤治疗的新靶点。
研究小结
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综上，本研究结果表明，FGG与NSCLC细胞表面的ICAM-1结合，并触发抗凋亡信号通路，从而保护癌细胞免于凋亡。阻断ICAM-1-FGG相互作用会破坏生存信号通路并激活caspase-9/3，从而诱导癌细胞凋亡，并在体内防止肺癌进展。靶向ICAM-1-FGG相互作用可能是治疗NSCLC的一种新策略。
【参考资料】
【关于投稿】