可靶向基因组CRISPR筛选揭示KEAP1/NRF2轴调控PD-L1表达的新机制

《Communications Biology》：Druggable genome CRISPR screening identifies the KEAP1/NRF2 axis as a mediator of PD-L1 expression

本研究通过靶向“可靶向基因组”的CRISPR筛选，在胰腺癌和卵巢癌细胞中发现KEAP1/NRF2轴是IFNγ诱导PD-L1表达的关键调控通路。KEAP1缺失或抑制剂激活NRF2可转录抑制PD-L1，增强抗肿瘤免疫。该研究为免疫检查点调控提供了新靶点，对改善免疫治疗耐药性具有重要意义。

　　

在肿瘤免疫治疗领域，程序性死亡配体1（PD-L1）在癌细胞表面的表达是帮助肿瘤逃避免疫清除的关键机制。当细胞毒性T细胞释放干扰素γ（IFNγ）等炎症因子时，癌细胞会快速上调PD-L1，进而通过结合T细胞上的PD-1受体抑制其活性。尽管PD-1/PD-L1抑制剂在部分癌症中取得显著疗效，但多数患者仍存在原发性或获得性耐药。因此，揭示PD-L1表达的深层调控机制，尤其是寻找可药物靶向的通路，已成为当前研究的焦点。

为系统筛选调控PD-L1表达的关键基因，美国西北大学Feinberg医学院的Fidan Seker-Polat、Mazhar Adli团队在《Communications Biology》上发表研究，通过定制化的CRISPR基因敲除文库，对6种胰腺癌和卵巢癌细胞系进行功能筛选。研究不仅验证了已知的PD-L1调控因子（如JAK1/2、IFNGR1/2），还首次发现KEAP1/NRF2轴在所有测试细胞系中均能负向调控PD-L1转录。机制研究表明，KEAP1缺失会解除对转录因子NRF2的抑制，活化的NRF2进入细胞核后直接结合PD-L1增强子区域，抑制其mRNA和蛋白表达。在动物模型中，药物激活NRF2可降低肿瘤PD-L1水平，促进细胞毒性T细胞浸润，减少耗竭T细胞，从而抑制肿瘤生长。

该研究创新性地将氧化应激应答关键通路KEAP1/NRF2与免疫检查点调控联系起来，为通过代谢-免疫交叉对话增强抗肿瘤免疫提供了新策略。

关键技术方法

研究采用定制化sgRNA文库（靶向约1400个可药物化基因）在6种癌细胞系中进行CRISPR筛选，通过流式细胞术分选PD-L1高/低表达群体，并利用Beta-binomial模型分析基因富集。验证实验包括基因敲除、药物抑制（如Bardoxolone、CDDO-me）、蛋白质印迹、实时定量PCR、染色质免疫沉淀（ChIP）及活细胞成像。体内实验采用免疫健全小鼠模型，通过高维流式细胞术分析肿瘤免疫细胞浸润。

研究结果

可靶向基因组CRISPR筛选鉴定PD-L1调控因子

筛选成功富集了已知的PD-L1调控基因（如CD274、JAK1/2），并发现KEAP1是新型正向调控因子。

CRISPR筛选揭示共通与癌症类型特异性调控机制

胰腺癌与卵巢癌细胞的调控网络具显著异质性。CDK1特异性调控胰腺癌PD-L1，而CSNK1A1仅影响卵巢癌。

KEAP1缺失降低PD-L1蛋白水平

KEAP1敲除或抑制剂处理均显著降低膜结合与总PD-L1蛋白，且不影响细胞活力。

KEAP1抑制通过转录调控降低PD-L1

Bardoxolone处理抑制KEAP1后，PD-L1的mRNA水平显著下降，且NRF2激活是关键中介。

NRF2激活介导PD-L1转录抑制

NRF2过表达直接抑制PD-L1转录，其缺失则逆转该效应。ChIP实验证实NRF2结合PD-L1增强子。

NRF2激活促进体内抗肿瘤免疫

在免疫健全小鼠模型中，CDDO-me处理激活NRF2可降低肿瘤PD-L1表达，减少耗竭T细胞，增强CD8⁺ T细胞功能，抑制肿瘤生长。

结论与意义

本研究通过多维度功能筛选，揭示了KEAP1/NRF2轴作为PD-L1转录调控的核心通路，突破了既往仅关注蛋白稳定性或膜定位的局限。值得注意的是，NRF2在PD-L1调控中表现出语境依赖性功能：在应激应答中通常激活抗氧化基因，而在本模型中却作为转录抑制因子发挥作用。这一发现为理解代谢-免疫交叉对话提供了新视角，尤其对PD-L1高表达且免疫治疗应答差的癌症（如胰腺癌、卵巢癌）具有转化价值。研究提示，靶向KEAP1/NRF2可能通过双重机制——降低肿瘤细胞PD-L1表达与重塑免疫微环境——增强抗肿瘤免疫，为联合治疗策略开发奠定基础。