乳酸化调控RNA m⁶A修饰促进肿瘤浸润髓系细胞的免疫抑制

2022年3月22日，浙江大学医学院王青青教授、来利华副教授与浙大医学院附属二院丁克峰教授团队合作在Molecular Cell在线发表Lactylation-driven METTL3-mediated RNA m6A modification promotes immunosuppression of tumor-infiltrating myeloid cells研究论文，揭示肿瘤微环境中积累的乳酸，以蛋白乳酸化修饰（lactylation）的形式调控RNA甲基转移酶METTL3介导的肿瘤浸润髓系细胞（tumor-infiltrating myeloid cells, TIMs）的N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）修饰，促进TIMs的免疫抑制功能，介导肿瘤的免疫逃逸。

肿瘤浸润髓系细胞主要包括肿瘤相关巨噬细胞 (tumor-associated macrophages, TAMs)、髓系来源抑制性细胞 (myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)、肿瘤相关中性粒细胞 (tumor-associated neutrophils, TANs) 等，在免疫抑制性微环境的形成和维持中发挥关键作用【1】。王青青课题组围绕肿瘤炎性微环境中髓系细胞的功能调控机制开展研究，鉴定了数个调控MDSCs或TAMs功能的重要信号通路，包括TGF-β/miR-494/PTEN, IL-27/WSX-1, IL-33/ST2, FBXW7/c-Myc等，以期为阐明肿瘤的免疫逃逸机制提供新的认识。RNA的m6A修饰主要由甲基转移酶复合体（methyltransferase complex, MTC）进行催化，MTC中METTL3是具有催化活性的关键蛋白【2,3】。METTL3在多种类型肿瘤中被证实发挥促癌作用，但其在调控TIMs中的作用仍不清晰【4】。

作者首先利用结肠癌患者的组织样本分析发现，METTL3在TIMs中的表达上调，与不良预后相关。与Mettl3fl/fl（WT）小鼠比较，髓系缺失METTL3（LysM-cre; Mettl3fl/fl, KO）的小鼠肿瘤生长明显受抑，用METTL3特异性小分子抑制剂STM2457【5】处理髓系细胞，会削弱其促进肿瘤的能力。RNA-seq分析提示JAK-STAT可能是METLL3调控的下游通路，TIMs的JAK-STAT通路对其促肿瘤作用具有枢纽性作用（2022年是JAK-STAT通路发现30周年【6】）。作者利用m6A甲基化免疫共沉淀测序分析，证实TIMs中Jak1的mRNA上m6A修饰增加，以m6A-YTHDF1依赖形式提高其在多聚核糖体的翻译效率。JAK1参与转录因子STAT3的磷酸化，启动STAT3下游免疫抑制效应分子IL-6，IL-10，iNOS等表达。

作者进一步探究，肿瘤微环境中什么因素驱动了METTL3的表达升高。肿瘤细胞倾向选择糖酵解（glycolysis）的代谢方式，导致微环境乳酸积累，乳酸的免疫调控效应近年备受关注，包括促进TAMs、MDSCs和Treg等免疫抑制细胞功能。2019年，有研究报道乳酸通过组蛋白乳酸化修饰的方式，调控巨噬细胞的炎症应答【7】。课题组接下来发现，乳酸一方面以组蛋白H3K18乳酸化修饰形式促进TIMs中Mettl3转录；另一方面，乳酸化修饰能直接发生在METTL3蛋白的“CCCH”锌指结构域（zinc finger domain, ZFD），而ZFD起着target recognition domain（TRD）的作用【8】，增强METTL3结合并催化靶RNA的m6A修饰。

本研究从“代谢-表观-转录”层面，揭示肿瘤微环境持续积累的乳酸如何促进METTL3表达和功能，继而以m6A修饰方式增强JAK1-STAT3枢纽信号活化，结果可能为靶向髓系细胞的肿瘤免疫治疗策略提供新的启示。

浙江大学免疫学研究所2020级博士生熊佳为第一作者，王青青教授、来利华副教授和丁克峰教授为通讯作者，免疫学研究所何佳、朱军、本科生潘炯利、廖炜杰、叶弘颖为本文主要作者。该研究得到南开大学曹雪涛院士、中山大学黄慧琳教授、上海交通大学余健秀教授、浙江大学高向伟教授、马骏教授、张丹丹副教授、中国医科大学王慧副教授的支持与帮助，得到浙江省免疫与炎症疾病重点实验室、浙江大学医学院公共技术平台和实验动物中心的支持。

王青青教授课题组拟招收RNA功能研究方向的博士后。

简历投递（有意者请将个人简历等材料发至）：

https://jinshuju.net/f/ZqXwZt

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.02.033

制版人：十一

参考文献

1. Xiong J, Wang H, Wang Q. Suppressive Myeloid Cells Shape the Tumor Immune Microenvironment.Adv Biol (Weinh). 2021;5(3):e1900311

2. Wang X, Feng J, Xue Y, Guan Z, Zhang D, Liu Z, Gong Z, Wang Q, Huang J, Tang C, Zou T, Yin P. Structural basis of N(6)-adenosine methylation by the METTL3-METTL14 complex.Nature.2016;534(7608):575-8

3. Wang P, Doxtader KA, Nam Y. Structural Basis for Cooperative Function of Mettl3 and Mettl14 Methyltransferases.Mol Cell.2016;63(2):306-17

4. Barbieri I, Kouzarides T. Role of RNA modifications in cancer.Nat Rev Cancer.2020;20(6):303-22

5. Yankova E, Blackaby W, Albertella M, Rak J, De Braekeleer E, Tsagkogeorga G, Pilka ES, Aspris D, Leggate D, Hendrick AG, Webster NA, Andrews B, Fosbeary R, Guest P, Irigoyen N, Eleftheriou M, Gozdecka M, Dias JML, Bannister AJ, Vick B, Jeremias I, Vassiliou GS, Rausch O, Tzelepis K, Kouzarides T. Small-molecule inhibition of METTL3 as a strategy against myeloid leukaemia.Nature.2021;593(7860):597-601

6. Fu XY. A transcription factor with SH2 and SH3 domains is directly activated by an interferon alpha-induced cytoplasmic protein tyrosine kinase(s).Cell.1992;70(2):323-35

7. Zhang D, Tang Z, Huang H, Zhou G, Cui C, Weng Y, Liu W, Kim S, Lee S, Perez-Neut M, Ding J, Czyz D, Hu R, Ye Z, He M, Zheng YG, Shuman HA, Dai L, Ren B, Roeder RG, Becker L, Zhao Y. Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation.Nature.2019;574(7779):575-80

8. Huang J, Dong X, Gong Z, Qin LY, Yang S, Zhu YL, Wang X, Zhang D, Zou T, Yin P, Tang C. Solution structure of the RNA recognition domain of METTL3-METTL14 N(6)-methyladenosine methyltransferase.Protein Cell.2019;10(4):272-84

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