最近基因圈也流行跨界。
前幾天，科學家發現強力致癌基因ALK 竟然還負責掌管人類的體重。
今天，洛克菲勒大學Sohail F. Tavazoie團隊，又有了讓人意外的發現[1]：與阿爾茨海默病關係最強的APOE4基因可能會抑制黑色素瘤的轉移，大幅延長患者的生存時間。
究其原因，竟然是APOE4 可以提高免疫系統抵抗腫瘤的能力。研究人員還發現，APOE4 不僅能讓免疫治療對患者的療效更好，而且還與黑色素瘤患者的生存時間顯著延長有關。
APOE的這種雙面功能，簡直讓人措手不及。
這真是“禍兮福所倚，福兮禍所伏”，或者“魚與熊掌不能兼得”。
▲瀟灑的Sohail F. Tavazoie
Tavazoie團隊的這項研究成果今天發表在頂級期刊《自然·醫學》上。Tavazoie認為，他的這項研究成果首次證實，遺傳自父母的先天性基因型（非後天突變獲得）可以影響惡性腫瘤的進展和預後。
就這個研究的意義而言，Tavazoie認為或許APOE基因型可以作為預測黑色素瘤患者的預後和對免疫治療反應的標誌物，有必要圍繞這個結論展開前瞻性的臨床研究。
“患者經常會問’我為什麼這麼倒霉？為什麼我的癌症會擴散？’作為醫生，我們一直沒有答案。”Tavazoie說[2]，“我們的這項研究提供了一個解釋。”
轉移是癌症導致患者死亡的最主要原因。
關於癌症的轉移，目前有一個重要的觀點是：隨著癌症的發展，新的基因變異不斷出現，這才讓癌細胞具備了轉移能力。遺憾的是，科學家雖然在尋找負責癌症轉移的基因突變這件事情上花了幾十年，但是依然沒有找到這樣的基因。
早在2012年之前，Tavazoie團隊在研究癌症轉移的驅動力時，發現載脂蛋白E（APOE）似乎能抑制黑色素瘤的轉移 [3]。不過有個困擾他們的問題是，雖然黑色素瘤在發展的過程中會抑制APOE的表達，但是腫瘤外的正常細胞也可以表達APOE啊，為什麼黑色素瘤還是會轉移呢？
當他們想到APOE有3種變體的時候，就豁然開朗。
Tavazoie推測，不同的APOE蛋白可能對腫瘤的進展有不同的調控作用。
我相信大家對APOE蛋白肯定很熟悉了，它除了與阿爾茨海默病有關之外，還與人體的代謝和免疫力有關 [4，5]。
APOE可分為三種亞型，APOE2、APOE3和APOE4，其中APOE4與阿爾茨海默病的關係最為密切，而APOE2可以降低攜帶者患阿爾茨海默病的風險，APOE3就是普通型。這三種亞型與受體的結合和激活均存在差異。
鑑於APOE與免疫之間的關係，以及各不相同的亞型，Tavazoie團隊決定一探APOE不同亞型對癌症進展的影響。
為了驗證上述猜想，Tavazoie和他的同事找到了APOE 基因分別被人三種APOE基因取代的小鼠，探索了不同APOE 基因型對原發性黑色素發展的影響。
他們發現，與APOE2小鼠相比，APOE4小鼠的腫瘤體積明顯更小， APOE3小鼠腫瘤的體積居中。黑色素瘤轉移實驗，也得到一樣的結論：APOE4 小鼠的轉移比APOE2更少。
這兩個小實驗初步證實：小鼠自身的不同APOE基因型對黑色素瘤的進展確實有不同的影響。
▲ APOE基因型對原發瘤的影響
那具體又是通過什麼方式影響了黑色素瘤的進展呢？
要搞清楚這個問題，還得回過頭看看之前的研究成果。科學家已經發現，APOE可以在多種不同的條件下調節免疫反應 [6，7]。具體到癌症裡面的話，APOE可以通過調節骨髓免疫細胞群來增強抗腫瘤免疫力 [3]。
如果是這樣的話，那就意味著APOE的三種不同亞型，對免疫系統的影響是不一樣的。
要搞清楚三個不同APOE 亞型小鼠的免疫能力是否有差異並不難，直接上流式細胞儀。
分析發現，與APOE2小鼠相比，APOE4 小鼠的腫瘤對CD45+白細胞的招募能力增強；而具有免疫抑制能力的Ly6G+粒細胞骨髓源性抑制細胞（G-MDSCs）和腫瘤相關巨噬細胞的比例在APOE4小鼠體內較低。
此外，自然殺傷細胞（NK）和CD8+ T細胞等有抗腫瘤能力的免疫細胞在APOE4小鼠體內不僅增多，而且這些細胞的活性也增強了，例如顆粒酶B和乾擾素-γ的表達增加。
▲圖af： APOE4小鼠的免疫能力全方面超越APOE2小鼠
基於上面的數據，研究人員認為APOE調節了腫瘤免疫微環境的豐度和功能狀態，與APOE2相比，APOE4確實誘發了更強的抗腫瘤免疫反應。
研究做到這裡，Tavazoie團隊已經看到了他們最想要的結果。不過他們還得證實他們觀察到的現象之間存在因果關係，而不是簡單的相關關係。
為了解決這個問題，他們直接特異性去除了小鼠體內的CD4+/CD8+ T細胞，結果APOE2小鼠和APOE4小鼠身上的腫瘤進展就沒有差異了。這就說明，APOE與抗腫瘤免疫之間的變化確實存在因果關係。
▲ APOE與抗腫瘤免疫之間的變化存在因果關係
至此，Tavazoie團隊近乎完美地在小鼠體內證實，APOE4可以增強小鼠的抗腫瘤能力，抑制小鼠腫瘤的進展。那麼這個結論能否從小鼠身上跨越到人體呢？這也關係到這個研究的價值。
解決上述問題最快速的辦法就是研究TCGA數據庫裡面的數據，分析下攜帶不同 APOE亞型的黑色素瘤患者的預後情況。
Tavazoie和他的同時首先分析了APOE2和APOE4亞型在黑色素瘤患者中的比例，以及在正常人群中的比例，結果是沒有差異[8]。這就說明APOE2和APOE4本身不促癌。
然而， APOE 的不同亞型竟然真與黑色素瘤患者的預後有關。
攜帶APOE2 的患者中位生存期是2.4年， APOE3 純合體患者的中位生存期是5.2年，攜帶APOE4 的患者中位生存期是10.1年。
這個數據實在是太讓人吃驚了。
隨後研究人員還在另一項獨立的研究中驗證了上述發現[9]。
▲ APOE亞型與患者的預後
於此同時，研究人員想到免疫治療改寫了黑色素瘤的治療史，而APOE對患者預後的影響，也與免疫有關。那麼APOE 的不同亞型，對免疫治療的效果是不是也有不同的影響呢？
還真是有。
無論是小鼠研究，還是對現存免疫治療數據的分析[10，11]，均發現APOE4攜帶者的生存時間最長， APOE2攜帶者的生存時間最短。APOE 亞型確實有預測患者對免疫治療反應的實力。
▲ APOE亞型對免疫治療效果的影響
總的來說，Tavazoie認為他們的研究證明了“先天性遺傳變異會影響惡性腫瘤的進展和患者的預後”這一觀點。
此外，如果前瞻性研究能再現APOE 不同亞型對免疫治療預後的預測，那麼APOE 基因完全可以作為黑色素瘤患者復發轉移和死亡風險的預測標誌物。如果能在其他更多癌種中發現類似的現象，那麼這個研究的價值就更大了。
最後問一下，看完這個研究，有多少人想起了與鐮刀型貧血和瘧疾相關的基因變異（HbS和HbA）。
[2].https://www.rockefeller.edu/news/28096-first-evidence-inherited-genetics-can-drive-metastasis/
[3].Pencheva N, Tran H, Buss C, et al. Convergent multi-miRNA targeting of ApoE drives LRP1/LRP8-dependent melanoma metastasis and angiogenesis[J]. Cell, 2012, 151(5): 1068-1082.
[4].Mahley R W. Apolipoprotein E: from cardiovascular disease to neurodegenerative disorders[J]. Journal of molecular medicine, 2016, 94(7): 739-746.
[5].Shi Y, Holtzman D M. Interplay between innate immunity and Alzheimer disease: APOE and TREM2 in the spotlight[J]. Nature Reviews Immunology, 2018, 18(12): 759-772.
[6].Shi Y, Yamada K, Liddelow SA, et al. ApoE4 markedly exacerbates tau-mediated neurodegeneration in a mouse model of tauopathy[J]. Nature, 2017, 549(7673): 523-527.
[7].Krasemann S, Madore C, Cialic R, et al. The TREM2-APOE pathway drives the tranional phenotype of dysfunctional microglia in neurodegenerative diseases[J]. Immunity, 2017, 47(3): 566-581. e9.
[8].Blair CK, Folsom AR, Knopman DS, et al. APOE genotype and cognitive decline in a middle-aged cohort[J]. Neurology, 2005, 64(2): 268-276.
[10].Roh W, Chen PL, Reuben A, et al. Integrated molecular analysis of tumor biopsies on sequential CTLA-4 and PD-1 blockade reveals markers of response and resistance[J]. Science translational medicine, 2017, 9( 379): eaah3560.
[11].Riaz N, Havel JJ, Makarov V, et al. Tumor and microenvironment evolution during immunotherapy with nivolumab[J]. Cell, 2017, 171(4): 934-949. e16.
