酢酸は代謝を再プログラムし、c-Mycを上方制御することによりPD-L1の発現と免疫逃避を促進する
酢酸は腫瘍代謝を再プログラミングし、c-mycの上方調節を介して免疫回避およびPD-L1発現を促進する
序論
腫瘍代謝の再プログラミングは癌研究において重要な意味を持ち、その過程で酢酸が鍵となる役割を果たしている。腫瘍細胞において、酢酸はアセチルCoA(acetyl-CoA)の重要な前駆体であり、エネルギー産生、脂質合成、タンパク質アセチル化に用いられる。しかしながら、酢酸が腫瘍代謝を再プログラミングし、腫瘍免疫回避に寄与するかどうかは不明である。そこで本研究は、非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)における酢酸の役割とその潜在的なメカニズムを探ることを目的とした。
論文概要
本研究は、中国医学科学院・北京協和医学院のJuhong Wang、Yannan Yang、Fei Shao、Jie Heおよび浙江大学医学部のYing Meng、Dong Guo、Zhimin Luらによって執筆された。論文は2024年5月の『Nature Metabolism』に掲載された。
研究手順
研究デザイン
- 初期代謝分析: 14例の人間NSCLCサンプルを用いて代謝組成分析を行い、酢酸が最も豊富な短鎖脂肪酸であることが分かった。
- 同位体トレーシング実験: マウスに13Cまたは3D標識酢酸を注射し、腫瘍組織中のアセチルCoAが大幅に増加することを観察した。
- 遺伝子ノックダウン実験: シャットダウンRNA(shRNA)技術を用いて酢酸輸送体MCT1をノックダウンしたところ、アセチルCoAと新規合成脂肪酸レベルが顕著に低下し、腫瘍増殖が抑制された。
- 細胞実験およびマウスモデル: 低グルコース条件下で、酢酸はNSCLC細胞の増殖を顕著に促進し、飲料水による酢酸補給でグルコース欠乏によるアセチルCoA減少が逆転した。
- タンパク質機能解析: dlatタンパク質が酢酸によるc-mycアセチル化制御において重要な役割を果たすことが明らかになった。
データ解析と実験方法
- 代謝組学: 質量分析法を用いてNSCLCにおける酢酸濃度を分析した。
- 同位体トレーシング: 13Cまたは3D標識酢酸を用い、質量分析と陽電子放出断層撮影(PET)を併用した。
- 遺伝子発現およびタンパク質解析: RT-qPCR、ウェスタンブロット、免疫蛍光染色などの手法を用いた。
- 細胞およびマウスモデル実験: 遺伝子ノックダウンと細胞培養実験を通じて、酢酸が腫瘍細胞増殖とグルコース代謝に与える影響を観察した。
- タンパク質間相互作用研究: 免疫共沈と質量分析により、dlatとc-mycの相互作用を検出した。
研究結果
実験所見
- 代謝変化: NSCLCの腫瘍組織では酢酸濃度が正常組織に比べて顕著に高く、13Cまたは3D標識酢酸を注入すると腫瘍組織中のアセチルCoAレベルが大幅に上昇した。
- 遺伝子ノックダウンの影響: MCT1をノックダウンするとNSCLC細胞のアセチルCoAと新規合成脂肪酸レベルが顕著に低下し、腫瘍増殖が顕著に抑制された。
- 酢酸による細胞増殖促進: 低グルコース条件下で酢酸を補給すると、NSCLC細胞の増殖が顕著に促進され、グルコース欠乏に起因するアセチルCoA減少が著しく逆転した。
- タンパク質アセチル化とその作用機序: 質量分析の結果、c-mycはアセチル化の主要ターゲットであり、Lys148のアセチル化はc-mycタンパク質の安定性と発現を顕著に増加させることが分かった。
- dlatの役割: dlatがアセチル基転移酵素として機能し、c-mycのLys148残基をアセチル化することで、c-mycのユビキチン化と分解を抑制し、その安定性と発現を高めることが判明した。
主な結果
- MCT1の腫瘍における役割: MCT1遺伝子ノックダウンマウスモデルでは酢酸取り込みとアセチルCoAレベルが顕著に低下し、腫瘍増殖が明らかに抑制された。
- dlatとc-mycの相互作用: dlatがc-mycをアセチル化し、その安定性を高め、c-mycのユビキチン化を抑制することでその分解を防ぐことが実証された。
- 免疫回避とPD-L1発現: c-mycのアセチル化がPD-L1発現を顕著に増加させ、CD8+T細胞の活性化を抑制することが示された。
結論
本研究は、酢酸がNSCLCの代謝を再プログラミングする作用、特に低グルコース条件下でのその作用を明らかにした。dlatがc-mycをアセチル化し、その安定性と発現を高めることでPD-L1発現を促進し、腫瘍免疫回避につながることが分かった。さらに、酢酸の取り込みと利用を抑制すると腫瘍増殖が抑えられ、抗PD-1免疫療法の効果が高まることが示された。
研究の特徴
- 酢酸の重要な役割: 腫瘍代謝と免疫回避における酢酸の重要な役割が初めて系統的に明らかにされた。
- dlatの新たな機能: dlatがタンパク質アセチル基転移酵素として新たな役割を担うことが明らかになった。
- 正のフィードバックループ: 酢酸がMCT1発現を制御することで、酢酸取り込みと代謝の正のフィードバックループが形成される。
- 臨床的意義: 酢酸代謝の制御がNSCLCの治療における新たな方向性を示し、免疫療法の効果を高める可能性がある。
まとめ
本研究は、詳細なデータと実験を通じてNSCLCにおける酢酸の作用機序を明らかにし、腫瘍代謝と免疫回避のメカニズム研究に新たな洞察を提供した。酢酸の取り込みと利用を抑制することで、腫瘍増殖を遅らせるだけでなく、抗PD-1療法の効果を高めることができる。この研究成果は、今後の腫瘍治療研究と臨床応用に重要な示唆を与えるものである。