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视角清奇,哈佛魏文毅团队报道能量状态变化决定肿瘤免疫,生酮饮食增强免疫治疗

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  近些年,基于恢复 T 细胞功能的免疫检查点阻断疗法(anti-PD-1/PD-L1 或 anti-CTLA4)在多种肿瘤类型的临床治疗中颇见成效并具有持久的临床效益。但目前只有部分病人可以很好的响应免疫治疗,迄今为止应答率很少超过 40%

  过多的卡路里摄入会导致糖尿病和肥胖症的发生,并有研究指出其成为促进就肿瘤发展的潜在因素。近些年的研究认为能量限制和生酮饮食可以刺激 T 细胞,助力抗肿瘤作用。但生酮饮食和能量控制对于免疫检查点阻断疗法的潜在作用目前还难以确定

  2020 年 4 月 28 日,美国哈佛医学院的魏文毅团队在Molecular Cell上在线发表了题为 Energy status dictates PD-L1 protein abundance and anti-tumor immunity to enable checkpoint blockade 的研究成果。


  图片来源:Molecular Cell

  该研究发现对肿瘤细胞在能量应激后会引起 AMPK 介导的 PD-L1 蛋白丰度的降低,进而增加干扰素和抗原提呈基因的表达,最终加强了免疫检查点阻断治疗效果

  主要研究内容:

  1. 问题发现: 肿瘤能量状态调控免疫检查点 PD-L1 的蛋白丰度

  大多数的肿瘤细胞对高糖环境「上瘾」,这可能是一个肿瘤发生发展的一个重要潜在因素。然而,潜在的分子机制还不能准确的定义。介于 PD-L1 在肿瘤逃逸中的关键作用,研究者首先研究了 PD-L1 蛋白丰度是否可会受到葡萄糖变化的控制。研究者在人乳腺癌细胞系中通过葡萄糖缺失和葡萄糖代谢抑制处理发现,肿瘤细胞的葡萄糖饥饿会显著的降低其 PD-L1 的蛋白丰度

  与此同时,小鼠模型中的禁食处理也可以显著的抑制肿瘤生长并降低小鼠肿瘤和其他免疫细胞中的 PD-L1 蛋白的丰度,并增加 AMPK 激酶的活性。进一步地,为了检测生酮饮食对体内 PD-L1 表达的影响,研究者采用生酮饮食的方式持续喂养移植了结肠癌细胞的小鼠,并发现生酮饮食激活了肿瘤细胞的 AMPK 通路,降低了 mTORC1 激酶活性并抑制了肿瘤生长和 PD-L1 的丰度。因此,作者推测生酮饮食会介导能量压力进一步抑制 PD-L1 在肿瘤和体内细胞的表达


  图片来源:Molecular Cell

  2. 研究发现:生酮饮食增强抗免疫检查点的治疗功效

  基于小鼠生酮饮食对于肿瘤生长控制和降低免疫检查点 PD-L1 的丰度,研究者进一步研究了生酮饮食对抗免疫检查点治疗的协同作用。研究者发现,生酮饮食抗 CTLA4 的抗体结合治疗显著延缓了肿瘤的进展,并增强了肿瘤浸润 T 细胞和巨噬细胞的比例。更重要的是生酮饮食组联合抗 CTLA-4 治疗 CD8 + 的肿瘤浸润 T 细胞展示更强的抗肿瘤功能


  图片来源:Molecular Cell

  3. 机制探索:生酮饮食和调控 PD-L1 丰度的关系

  由于细胞感知能量状态主要依赖于 AMPK,研究者首先通过对 AMPKa1/2 的双敲实验发现,PD-L1 的蛋白丰度显著上升但并不影响 mRNA 水平。同时研究者发现,AMPK 会磷酸化 PD-L1 上的 Ser283 位点从而触发其蛋白降解。进一步地,研究者发现 AMPK 是通过抑制 PD-L1 和 CMTM4 的相互作用并促进其降解


图片来源:Molecular Cell

  过去的研究证明,癌症免疫治疗的反应还需要新抗原产生和抗原递呈的途径刺激 CD8+T 细胞激活,而这些途径受干扰素(IFN)相关信号通路的调控。因此研究者确认了生酮饮食下的抗原提呈和 IFN 通路相关基因的表达,结果显示生酮饮食会显著的提高相关通路的基因表达。为了探索 AMPK 是如何调节 IFN 信号通路的激活,研究者通过 RNA 测序对野生型和 AMPKa 敲除细胞进行转录组(RNA-seq)数据分析。通过功能富集分析发现,敲除组中差异基因主要富集在响应 IFN 的相关功能

  最近的研究表明,EZH2 可以通过抑制 IFN 信号和抗原提呈来抑制机体免疫识别肿瘤。随后作者发现,AMPK 通过磷酸化 EZH2 的 T311 位点来促进抗原提呈基因表达,抑制 PRC2 介导的 H3k27 的甲基化,从而调节这些免疫调节基因的转录。


  图片来源:Molecular Cell

  4. 治疗应用:AMPK 激动剂通过增加 IFN 响应和抗原提呈能力增强免疫治疗效果

  为了进一步确认 AMPK 激活在小鼠体内调控 PD-L1 及抗肿瘤的效应,研究者使用 AMPK 激动剂处理小鼠模型发现,肿瘤细胞的 PD-L1 蛋白丰度明显下降,抗原提呈和 IFN 相关通路基因显著性提高。最终通过 AMPK 激动剂和抗 CTLA-4 抗体的联合治疗中发现,联合治疗组中显著抑制了肿瘤的生长并延长了小鼠的生存时间。


  图片来源:Molecular Cell

  研究总结

  本研究发现生酮饮食诱导的能量状态变化会降低 PD-L1 蛋白水平并增加 I 型干扰素 IFN 和抗原呈递基因的表达来增强抗 CTLA-4 的免疫治疗效果

  论文以肿瘤能量压力作为切入点,研究生酮饮食对于肿瘤生长和免疫检查点 PD-L1 表达的关系,通过机制研究找出 AMPK 调控 PD-L1 降解的关键作用。并最终在小鼠肿瘤模型中结合 AMPK 激动剂,证明其增强了免疫治疗的效果。


  图片来源:Molecular Cell

  这一发现有助于指导临床免疫抗体疗法的治疗策略,通过联合生酮饮食或 AMPK 激活剂的治疗将有望提高免疫检查点阻断治疗的响应率并治疗更多肿瘤患者。

  本周推荐:

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  论文链接:

  [1]Xiaoming Dai et al. Molecular Cell. Energy status dictates PD-L1 protein abundance and anti-tumor immunity to enable checkpoint blockade. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.03.037

  题图来源:站酷海洛Plus

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