目的:以抗PD-1抗体为代表的免疫检查点阻断治疗是近年来肺癌治疗领域的重大突破。抗PD-1抗体可以重新激活细胞毒性T淋巴细胞(CTL),促进其分泌免疫应答分子γ-干扰素(IFN-g)。IFN-γ是重要的抗肿瘤细胞因子。一方面,IFN-g不仅直接抑制肿瘤细胞增殖,还可以上调肿瘤细胞表面主要组织相容性复合物(MHC)的表达,进而促进CTL对肿瘤细胞的识别。另一方面,IFN-γ上调肿瘤细胞表面程序性死亡因子配体-1(PD-L1)的表达。PD-L1与激活的T淋巴细胞表面的程序性死亡因子-1(PD-1)结合,抑制T淋巴细胞的抗肿瘤免疫应答能力,促进肿瘤免疫逃逸的发生。IFN-γ在肿瘤免疫应答过程中的复杂作用限制了抗PD-1抗体的治疗效果。因此,研究IFN-γ在肺癌中的生物学作用及调控其作用的信号通路对提高免疫治疗的效果具有重要意义。方法:首先明确IFN-γ在肺癌中的预后价值。收集胸外科单手术组完全切除的IIIA期肺腺癌患者的肿瘤组织。免疫组化检查石蜡包埋样本CD3,PD-L1的表达,实时定量PCR法(qPCR法)检测冰冻样本IFN-γ、PD-1、颗粒酶B(GZMB)的表达水平,并对患者进行随访和生存分析。根据肺癌组织中IFN-g和PD-L1的表达水平,将患者分为IFN-g阳性PD-L1阳性(IFN-γ~+PD-L1~+),IFN-g阳性PD-L1阴性(IFN-γ~+PD-L1~-),IFN-g阴性PD-L1阳性(IFN-γ~-PD-L1~+)以及IFN-g阴性PD-L1阴性(IFN-γ~-PD-L1~-)四个亚组。每组选取3个患者,进行表达谱芯片分析,对差异表达的基因进行基因功能分析(GO注释)和通路分析(KEGG通路注释)。体外培养人肺腺癌细胞系A549、H1975、HCC827。给予人重组IFN-γ刺激肿瘤细胞,不同时间点使用CCK-8法检测细胞的增殖活性,western blot检测IFN-γ激活的下游信号通路,流式细胞术检测细胞表面PD-L1的表达。使用SiRNA技术和PI3K抑制剂分别阻断IFN-γ激活的下游信号分子STAT1,STAT3,AKT,检测细胞的增殖活性和PD-L1的表达。结果:本研究纳入44例IIIA期患者,平均随访时间16.34个月,56.8%的患者发生远处复发。肿瘤组织IFN-γ的表达水平与CD3~+肿瘤浸润淋巴细胞的数目显著正相关(r=0.407,P=0.039),并且与抗肿瘤细胞因子GZMB的表达水平正相关(r=0.749,P<0.001)。IFN-γ高表达和低表达两组之间的疾病无进展生存期(DFS)无显著性差异(P=0.125)。单因素生存分析提示IFN-γ~+PD-L1~+患者DFS较其他患者显著延长(P=0.029)。与IFN-γ~+PD-L1~-的患者相比,IFN-γ~+PD-L1~+患者中促进肿瘤生长的细胞周期相关基因如E2F1,E3F2,Cyclin B1,Cyclin E的表达显著降低。IFN-γ在体外抑制肺腺癌细胞A549,H1975,HCC827的增殖活性,并且诱导细胞表面PD-L1的表达上调。IFN-γ诱导肺腺癌细胞JAK2、STAT1、STAT3、AKT的磷酸化,而JAK2的激活是IFN-γ信号传递的起始步骤。敲低STAT1的表达拮抗IFN-γ对肿瘤细胞的增殖抑制作用,并且下调IFN-γ诱导的PD-L1表达上调。敲低肿瘤STAT3的表达对IFN-γ的生物学作用没有明显影响。PI3K抑制剂抑制IFN-γ诱导的AKT磷酸化,与IFN-γ协同抑制肿瘤细胞的增殖,并且下调IFN-γ诱导的PD-L1表达。进一步的研究发现,PI3K抑制剂下调IFN-γ诱导的STAT1 S727位点的磷酸化进而影响JAK2-STAT1信号介导的下游基因转录,如趋化因子CXCL9和CXCL10的转录。结论:IFN-γ一方面抑制肿瘤细胞增殖,另一方面可以诱导肿瘤细胞表达PD-L1。IFN-γ与PD-L1双阳性表达患者DFS较其他患者显著延长,说明IFN-γ和PD-L1双阳性患者的肿瘤细胞对IFN-γ敏感。在IFN-g和PD-L1双阳性的患者中,促进肿瘤生长的细胞周期相关基因的表达显著降低,这说明IFN-g抑制肿瘤增殖的作用超过了PD-L1的促肿瘤作用。我们认为,在IFN-g阳性表达的患者中,PD-L1表达可以作为肿瘤细胞对IFN-g敏感的预测指标。体外实验证明,IFN-γ主要通过激活JAK2/STAT1通路抑制肿瘤细胞增殖并上调PD-L1的表达。抑制PI3K/AKT信号可以调节STAT1磷酸化进而影响IFN-γ的生物学作用。PI3K/AKT信号同JAK2/STAT1信号之间的联系为我们联合使用免疫检查点阻断剂和PI3K抑制剂治疗肺癌提供了理论基础。