免疫回避におけるグルタチオンとIgG4の相乗効果と癌免疫療法の影響

背景：最近、癌における新規IgG4中心免疫回避メカニズムを報告しましたが、これは主にがん微小環境におけるがん結合IgGに対するIgG4の増加のFC-FC反応によって達成されました。このメカニズムは、IgG4サブタイプPD-1抗体免疫療法にしばしば関連する副作用であるがん過剰散在疾患（HPD）に関連することが示唆されました。HPDは、KRASを含む特定の変異遺伝子を持つ癌で発生することが報告されました。したがって、IgG4とGSHは、癌の局所免疫抑制において相乗的な役割を果たす可能性があると仮定します。 方法：ELISAおよび免疫組織化学を伴うヒトがんサンプルにおけるGSHおよびIgG4の分布と存在量を定量的に分析しました。GSHとIgG4の相互作用は、電気泳動とウエスタンブロットで調べられました。古典的な免疫応答に対する2つの相乗効果は、in vitroで調査されました。結合された効果は、マウスの肺がんモデルと皮膚移植モデルでもテストされました。 結果：肺がん、食道癌、および結腸癌組織の微小環境におけるGSHとIgG4の両方の大幅な増加を検出しました。GSHは、IgG4重鎖のジスルフィド結合を破壊し、固定化IgGサブタイプに対するFC-FC反応のIgG4の能力を高めました。IgG4とGSHの投与を組み合わせて、古典的なADCC、ADCP、およびCDC反応に対するIgG4の阻害効果を増強しました。IgG4/GSHの局所投与は、マウス肺がんモデルで癌の成長を促進することの最も明らかな効果を達成しました。同じ組み合わせが、マウスの2つの異なる株の間の皮膚移植片の生存を延長しました。両方のモデルで、免疫細胞といくつかのサイトカインが免疫耐性の状態にシフトすることがわかった。 結論：GSHとIgG4の適用を組み合わせて、腫瘍の成長を促進し、皮膚移植を保護することができます。このメカニズムは、IgG4と他の組織結合IgGサブタイプの間のFC-FC反応の効果によって達成され、局所免疫抑制をもたらします。この反応は、GSHの増加により促進され、そのジスルフィド結合でIgG4 FCフラグメントの2つの重鎖を解離しました。私たちの発見は、がん微小環境における酸化還元系と免疫系との間の相互作用を明らかにしました。HPDの賢明な説明を提供し、がん免疫療法のこのメカニズムを操作するための新しい可能性を提供します。

BACKGROUND: We recently reported a novel IgG4-centered immune evasion mechanism in cancer, and this was achieved mostly through the Fc-Fc reaction of increased IgG4 to cancer-bound IgG in cancer microenvironment. The mechanism was suggested to be related to cancer hyperprogressive disease (HPD) which is a side-effect often associated to IgG4 subtype PD-1 antibody immunotherapy. HPD was reported to occur in cancers with certain mutated genes including KRAS and such mutations are often associated to glutathione (GSH) synthesis. Therefore, we hypothesize that IgG4 and GSH may play a synergistic role in local immunosuppression of cancer. METHODS: Quantitatively analyzed the distribution and abundance of GSH and IgG4 in human cancer samples with ELISA and immunohistochemistry. The interactions between GSH and IgG4 were examined with Electrophoresis and Western Blot. The synergistic effects of the two on classic immune responses were investigated in vitro. The combined effects were also tested in a lung cancer model and a skin graft model in mice. RESULTS: We detected significant increases of both GSH and IgG4 in the microenvironment of lung cancer, esophageal cancer, and colon cancer tissues. GSH disrupted the disulfide bond of IgG4 heavy chain and enhanced IgG4's ability of Fc-Fc reaction to immobilized IgG subtypes. Combined administration of IgG4 and GSH augmented the inhibitory effect of IgG4 on the classic ADCC, ADCP, and CDC reactions. Local administration of IgG4/GSH achieved the most obvious effect of accelerating cancer growth in the mouse lung cancer model. The same combination prolonged the survival of skin grafts between two different strains of mouse. In both models, immune cells and several cytokines were found to shift to the state of immune tolerance. CONCLUSION: Combined application of GSH and IgG4 can promote tumor growth and protect skin graft. The mechanism may be achieved through the effect of the Fc-Fc reaction between IgG4 and other tissue-bound IgG subtypes resulting in local immunosuppression. This reaction was facilitated by increased GSH to dissociate the two heavy chains of IgG4 Fc fragment at its disulfide bonds. Our findings unveiled the interaction between the redox system and the immune systems in cancer microenvironment. It offers a sensible explanation for HPD and provides new possibilities for manipulating this mechanism for cancer immunotherapy.