Targeting LSD1 inhibits gastric cancer by reprogramming macrophages and restoring T-cell response

Résumé technique : Le ciblage de l'LSD1 inhibe le cancer gastrique en reprogrammant les macrophages et en restaurant la réponse des lymphocytes T

Énoncé du problème
Le cancer gastrique (CG) demeure une cause majeure de mortalité par cancer à l'échelle mondiale, avec un taux de survie à cinq ans inférieur à 10 % pour les stades avancés. Bien que les traitements multimodaux, incluant l'immunothérapie, aient amélioré les résultats, les bénéfices cliniques sont souvent limités par un diagnostic tardif, la résistance aux médicaments et de faibles taux de réponse aux inhibiteurs de points de contrôle immunitaire. Une barrière critique est la capacité de la tumeur à échapper au système immunitaire. La lysine-spécifique déméthylase 1 (LSD1/KDM1A) est surexprimée dans diverses malignités et stimule la progression tumorale, pourtant son rôle spécifique dans le façonnement du microenvironnement immunitaire tumoral (TIME) du CG reste incomplètement défini. De plus, les inhibiteurs d'LSD1 existants, particulièrement les agents à base de phénylcyclopropylamine, font face à des défis concernant la sélectivité et la toxicité, tandis que les inhibiteurs réversibles manquent souvent de puissance suffisante. Il existe un besoin pressant de nouveaux agents ciblant l'LSD1, puissants et sélectifs, capables de reprogrammer efficacement le microenvironnement immunitaire pour surmonter l'évasion immunitaire du CG.

Méthodologie
L'étude a employé une approche multidimensionnelle combinant la chimie computationnelle, la biologie moléculaire et l'immunologie :

1. Découverte et conception de médicaments : En partant d'un chef de file de type quinazoline (Z-1), les chercheurs ont utilisé le remplacement bioisostérique (substitution d'un azote de cycle par un carbone) pour générer un squelette quinoline. Des études systématiques de relation structure-activité (RSA) ont été menées sur les positions R1, R2, R3 et R4 du squelette. Des simulations de docking moléculaire (utilisant PDB 2V1D) ont guidé l'optimisation des interactions de liaison avec le site actif de l'LSD1, imitant spécifiquement la liaison au FAD.
2. Manipulation génétique : Des cellules de carcinome du premier estomac (MFC) de souris avec inactivation (KO) de l'LSD1 et des lignées cellulaires de CG humain (AGS, MKN45) ont été générées via CRISPR-Cas9 pour étudier les effets intrinsèques de la perte de l'LSD1.
3. Séquençage d'ARN en cellule unique (scRNA-seq) : Les lymphocytes infiltrant la tumeur (TIL) CD45+ provenant de tumeurs sous-cutanées chez des souris immunocompétentes ont été profilés pour caractériser les populations de cellules immunitaires et leurs états (ex: macrophages M1/M2, lymphocytes T CD8+ épuisés) en présence ou en l'absence de l'LSD1 intrinsèque à la tumeur.
4. Systèmes de co-culture in vitro : Le milieu conditionné (MC) issu de cellules de CG (WT vs KO vs traitées par médicament) a été utilisé pour traiter des macrophages THP-1 induits par le PMA et des lymphocytes T primaires. Cela a permis d'évaluer la polarisation des macrophages (M0 vers M1/M2) et les marqueurs d'activation/d'épuisement des lymphocytes T (CD69, CD25, PD-1, LAG-3, TIM-3).
5. Modèles in vivo : Des modèles de tumeurs sous-cutanées syngéniques chez des souris C57BL/6 (615) ont été établis. L'étude a utilisé des stratégies de déplétion sélective via des liposomes de clodronate, du PLX3397 ou des anticorps anti-CSF1R pour les macrophages, et des anticorps anti-CD8α pour les lymphocytes T. Le composé chef de file, KL-1, a été administré par gavage intragastrique pour évaluer l'inhibition de la croissance tumorale et la modulation immunitaire.

Contributions clés

• Aperçu mécanistique : L'étude identifie un nouveau mécanisme où l'LSD1 intrinsèque à la tumeur favorise l'évasion immunitaire en orchestrant une boucle de dialogue croisé : elle dirige les macrophages M0 vers un phénotype pro-tumoral M2, qui induit à son tour l'épuisement des lymphocytes T CD8+. Inversement, la perte de l'LSD1 oriente les macrophages vers un phénotype anti-tumoral M1 et restaure la fonction des lymphocytes T CD8+.
• Développement d'un nouvel inhibiteur : Les auteurs ont conçu et synthétisé une série d'inhibiteurs réversibles de l'LSD1 à base de quinoline. Le composé chef de file, KL-1 (Composé 29), a démontré une haute puissance (IC50 = 18 nM) et un mode de liaison spécifique impliquant des interactions compétitives avec le FAD et des liaisons hydrogène avec des résidus clés (Glu801, Ser289, Gly287).
• Validation thérapeutique : L'étude valide que l'inhibition pharmacologique de l'LSD1 par le KL-1 reproduit le phénotype de l'inactivation génétique, supprimant efficacement la croissance du CG en reprogrammant le microenvironnement immunitaire.

Résultats

• Reprogrammation immunitaire par la perte de l'LSD1 : Le scRNA-seq des tumeurs MFC a révélé que les tumeurs avec KO de l'LSD1 présentaient une augmentation significative des macrophages M1 et des lymphocytes T CD8+ activés, parallèlement à une réduction des macrophages M2 et des lymphocytes T CD8+ épuisés (CD8+ Tex).
• Axe Macrophage-Lymphocyte T : Les expériences in vitro ont confirmé que le MC issu de cellules avec KO de l'LSD1 dirigeait les macrophages M0 vers un phénotype M1 (haut CD80/CD86, bas CD206/CD163) et réduisait la polarisation M2. Crucialement, ce basculement vers M1 était nécessaire pour prévenir l'épuisement des lymphocytes T CD8+ ; la co-culture avec des macrophages M2 induits par des cellules de contrôle entraînait une expression élevée de marqueurs d'épuisement (LAG-3, PD-1, TIM-3), tandis que les macrophages M2 traités avec le MC de cellules avec KO de l'LSD1 ne parvenaient pas à induire cet épuisement.
• Efficacité de KL-1 : Le traitement par KL-1 dans les cellules de CG a reproduit les effets de la délétion génétique, favorisant la polarisation M1 et l'activation des lymphocytes T CD8+ tout en supprimant les marqueurs d'épuisement.
• Efficacité in vivo et dépendance : Dans les modèles de souris syngéniques, le traitement par KL-1 a inhibé de manière significative la croissance tumorale. Cette efficacité dépendait du système immunitaire :
  • La déplétion des macrophages a partiellement inversé l'effet anti-tumoral du KL-1.
  • La déplétion des lymphocytes T CD8+ a totalement abrogé l'efficacité thérapeutique du KL-1.
  • Le traitement par KL-1 a augmenté les macrophages M1 intratumoraux et les lymphocytes T CD8+ fonctionnels tout en diminuant les macrophages M2.
  • La déplétion des lymphocytes T CD8+ a aboli le basculement de la polarisation des macrophages (ratio M1/M2) induit par le KL-1, suggérant une boucle de régulation réciproque où les lymphocytes T influencent également les phénotypes des macrophages dans ce contexte.
• Sécurité : L'analyse histologique (coloration H&E) des organes majeurs des souris traitées par KL-1 n'a montré aucun signe de toxicité in vivo.

Signification
L'article positionne l'LSD1 comme un nœud épigénétique traitable pour la reprogrammation immunitaire dans le cancer gastrique. En élucidant le mécanisme par lequel l'LSD1 supprime l'immunité anti-tumorale via l'épuisement des lymphocytes T CD8+ médié par les macrophages M2, l'étude fournit une justification pour cibler l'LSD1 non seulement pour la suppression tumorale directe, mais aussi pour la modulation immunitaire. L'identification du KL-1 comme un inhibiteur réversible, puissant et sélectif qui engage avec succès ce mécanisme in vivo établit son statut de candidat clinique prometteur. Les conclusions suggèrent que la combinaison de l'inhibition de l'LSD1 avec les immunothérapies existantes pourrait surmonter la résistance dans le CG en restaurant le potentiel cytotoxique des lymphocytes T par la reprogrammation des macrophages. Les auteurs reconnaissent des limites, notamment l'absence de données scRNA-seq issues de patients et la nécessité d'études de causalité supplémentaires utilisant des souris OT-I, mais soulignent que leur travail offre une compréhension fondamentale de l'axe LSD1-M2-lymphocyte T CD8+ dans le CG.