研究背景

MM是一种恶性浆细胞疾病，以CD38高表达为特征。尽管以CD38为靶点的单克隆抗体非常有效，但仍会产生耐药性。抗CD38单抗治疗后肿瘤CD38表达水平降低，但极少出现持续低表达。这表明CD38表达可能有利于肿瘤细胞的生存，尚不清楚CD38缺失对肿瘤动力学的直接影响。

研究方法

利用CRISPR-Cas9基因编辑技术生成CD38敲除（KO）细胞株。将非靶向（NT）或CD38-KO J558细胞皮下注射到免疫正常的BALB/c小鼠和免疫缺陷的NSG小鼠中。将标记的NT和KO细胞与小鼠骨髓基质细胞（OP-9）进行基质粘附比较。采用Promega Glo定量分析细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（(NAD, 辅酶Ⅰ）含量。采用线粒体分离试剂盒（Thermo Scientific）分离线粒体。通过海马代谢仪（Seahorse）对耗氧率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）进行量化分析。采用模块化低氧室评估细胞在缺氧下的反应。采用碘化丙啶染色法定量分析细胞周期。

研究结果

我们利用表达CD38的小鼠浆细胞瘤细胞株J558，研究CD38在小鼠模型中的作用。惊人的是，与注射NT细胞的BALB/c小鼠相比，注射CD38-KO细胞的BALB/c小鼠肿瘤体积显著减少（第25天时，113 mm3(KO) vs 1293 mm3 (NT)，p <0.001）。相反，KO和NT J558细胞在体外的细胞增殖和集落形成情况几乎相同，表明CD38缺失的影响高度依赖环境发挥作用。

因为肿瘤CD38的表达可能会对免疫应答产生负调节，我们接下来将CD38-KO和NT细胞注射到免疫缺陷的NSG小鼠中进行比较。注射CD38 KOs细胞的小鼠肿瘤体积与注射NT细胞的相比，显著减少约2.2倍（708mm3 [KO] 与1592mm3 [NT]，p=0.07）（图1）。

图1 CD38 KO肿瘤细胞在体内的生长显著减少，在体外无差别

CD38在免疫微环境中的作用正在进一步研究中。考虑到免疫缺陷小鼠仍存在一些肿瘤生长障碍，我们接下来使用J558以及人类MM细胞株RPMI-8226和NCI-H929，研究CD38缺失对细胞增殖其他方面的影响。达雷妥尤单抗诱导的CD38内化已被证实可减少MM细胞的基质粘附。同样，CD38 KO细胞也显示基质粘附减少（J558下降2.5倍，p<0.005；H929下降2倍，p<0.005）。

尽管基质是已知的细胞存活和增殖的促进剂, 我们对CD38的NAD代谢活性是否会调节肿瘤生长仍存疑问。CD38过表达可降低细胞内NAD水平，影响线粒体生物体内合成。同时，我们发现KO J558肿瘤细胞的NAD水平较NT细胞显著升高（2倍变化，p<0.05）（图2）。

图2 CD38 KO MM细胞NAD+和线粒体增加

此外， CD38 KO细胞的线粒体蛋白水平较NTs细胞显著升高（J558升高5倍，H929升高2倍）。CD38 KO细胞株的代谢活性也显著增加，基础OCR和ECAR以及额外的呼吸和糖酵解能力增加近2倍（图3）。

图3 CD38 KO细胞显示OXPHOS升高

鉴于肿瘤在体内和体外的生长能力存在差异，我们对线粒体含量和代谢功能的变化，是否能在缺氧条件下使表达CD38的细胞具有优势仍存疑问，这是肿瘤微环境的一个重要特征。值得注意的是，在缺氧（而非常氧）条件下，CD38 KO MM细胞表现出明显更多的细胞周期停滞，G0/G1阻滞定义为细胞周期停滞（相比H929，p=0.003；相比RPMI，p=0.004）（图4）。

图4 仅在缺氧情况下CD38 KO细胞增殖降低

研究结论

我们的研究为CD38在缺氧环境中调节恶性浆细胞代谢和增殖潜能的作用提供了新的解释。在缺氧环境下，CD38的缺失降低了肿瘤细胞的增殖，但却增强了干细胞的特性。CD38缺失的表型特征可以用细胞代谢的改变（例如：更高的OXPHOS）来解释。未来的研究将旨在了解抑制CD38活性如何导致代谢改变，这能引起治疗的可能性，产生抗CD38单抗或新型CD38抑制剂的新型联合疗法。

参考文献：

1. Ruxandra Maria Irimia, et al. CD38 Is a Key Regulator of Tumor Growth By Modulating the Metabolic Signature of Malignant Plasma Cells. 2021 ASH POSTER 2652.

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