乙酸重编程肿瘤代谢并通过上调c-myc促进PD-L1表达和免疫逃逸
醋酸重编程肿瘤代谢并通过上调c-myc促进免疫逃逸及PD-L1表达
引言
肿瘤代谢的重编程在癌症研究中具有重大意义，而醋酸在此过程中扮演了关键角色。在肿瘤细胞中，醋酸是乙酰辅酶A(acetyl-CoA)的重要前体，用于能量生产、脂质合成和蛋白质乙酰化。然而，醋酸是否能够重编程肿瘤代谢并在肿瘤免疫逃逸中发挥作用仍然不清楚。因此，本研究旨在探讨醋酸在非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)中的作用及其潜在的机制。
论文来源
该研究由来自中国医学科学院和北京协和医学院的Juhong Wang、Yannan Yang、Fei Shao、Jie He以及浙江大学医学院的Ying Meng、Dong Guo和Zhimin Lu共同撰写。论文发表于2024年5月的《Nature Metabolism》。
研究流程
研究设计
- 初步代谢分析：使用14个人类NSCLC标本进行代谢组分析，发现醋酸为最丰富的短链脂肪酸。
- 同位素跟踪实验：通过向小鼠注射13C或3D标记的醋酸，观察到肿瘤组织中乙酰辅酶A大大增加。
- 基因敲除实验：利用shRNA技术敲除醋酸转运基因MCT1，发现乙酰辅酶A和新合成的脂肪酸水平显著降低，肿瘤生长被抑制。
- 细胞实验与动物模型：在低葡萄糖条件下，醋酸显著增加NSCLC细胞的增殖，并通过饮食补充醋酸逆转葡萄糖剥夺导致的乙酰辅酶A减少。
- 蛋白质功能分析：揭示了dlat蛋白在醋酸调控c-myc乙酰化中的关键作用。
数据分析与实验方法
- 代谢组学：采用质谱技术分析醋酸在NSCLC中的浓度。
- 同位素示踪：利用13C或3D标记的醋酸，结合质谱和正电子发射断层显像(PET)技术。
- 基因表达与蛋白质分析：使用RT-qPCR、Western blot和免疫荧光等技术。
- 细胞与动物模型实验：通过基因敲除与细胞培养实验观察醋酸对肿瘤细胞增殖和葡萄糖代谢的影响。
- 蛋白质相互作用研究：利用免疫共沉淀和质谱分析检测dlat和c-myc之间的相互作用。
研究结果
实验发现
- 代谢变化：在NSCLC肿瘤中，醋酸浓度显著高于正常组织，并且注入13C或3D标记的醋酸后，肿瘤组织中乙酰辅酶A的水平大幅增加。
- 基因敲除影响：敲除MCT1显著降低NSCLC细胞中的乙酰辅酶A和新合成的脂肪酸水平，并显著抑制肿瘤生长。
- 醋酸促进细胞增殖：在低葡萄糖条件下，补充醋酸显著促进NSCLC细胞的增殖，并显著逆转了葡萄糖剥夺引起的乙酰辅酶A减少。
- 蛋白质乙酰化及其作用机制：质谱分析显示c-myc是一个显著的乙酰化靶标，其Lys148乙酰化可以显著增加c-myc蛋白的稳定性和表达。
- dlat的作用：发现dlat以乙酰转移酶的形式，作用于c-myc的Lys148位置，从而抑制其泛素化和降解，最终提高了c-myc的稳定性和表达。
主要结果
- MCT1在肿瘤中的作用：MCT1基因敲除的小鼠模型显示醋酸吸收和乙酰辅酶A水平显著降低，肿瘤生长被明显抑制。
- dlat与c-myc的互动：实验证明dlat通过乙酰化c-myc，增强其稳定性，并通过抑制c-myc的泛素化而防止其降解。
- 免疫逃逸与PD-L1表达：实验显示c-myc乙酰化显著增加PD-L1的表达，进而抑制CD8+ T细胞的激活。
结论
本研究揭示了醋酸对NSCLC代谢的重编程作用，尤其是在低葡萄糖条件下。发现dlat可以乙酰化c-myc，从而增加c-myc的稳定性和表达，进一步促进PD-L1的表达，导致肿瘤免疫逃逸。同时，研究表明，抑制醋酸的摄取和利用有助于遏制肿瘤生长，提高抗PD-1免疫治疗的效果。
研究亮点
- 醋酸的关键作用：首次系统性揭示了醋酸在肿瘤代谢和免疫逃逸中的关键作用。
- dlat的新功能：揭示了dlat的“多重功能”作为蛋白质乙酰转移酶的全新角色。
- 正反馈机制：通过醋酸调控MCT1表达，形成了醋酸吸收和代谢的正反馈机制。
- 临床意义：研究结果显示，调控醋酸代谢可能为NSCLC的治疗提供新的方向，提高免疫疗法的效果。
总结
这项研究通过详细的数据和实验揭示了醋酸在NSCLC中的作用机制，为肿瘤代谢和免疫逃逸的机制研究提供了新的见解。通过抑制醋酸的摄取和利用，不仅可以减缓肿瘤的生长，还可以增强抗PD-1疗法的效果，这为未来肿瘤治疗的研究和临床应用提供了重要建议。