美国加利福尼亚州大学戴维斯医学院放射肿瘤系的Nian Jiang等阐述FAO与GBM放疗抗性以及免疫逃逸的相关性,并揭示FAO调控抗巨噬细胞吞噬细胞膜蛋白介导免疫逃逸的分子机制。文章发表在2022年3月的《Nature Communications》在线。
——摘自文章章节
【Ref: Jiang N, et al. Nat Commun. 2022 Mar 21;13(1):1511. doi: 10.1038/s41467-022-29137-3.】
研究背景
胶质母细胞瘤(GBM)是常见的、难治的中枢神经系统恶性肿瘤,中位生存期14.6个月,5年生存率6.8%。放疗是手术后的辅助治疗手段,但GBM对放疗抵抗性强,治疗效果差。据研究放疗可以增强肿瘤免疫原性,放疗诱导的各种因子具有免疫调节作用,放疗联合免疫综合治疗可能成为新型治疗方法。但是,放疗后的肿瘤细胞对免疫治疗产生耐受,使肿瘤细胞逃过免疫细胞的杀伤,导致治疗失败。
线粒体代谢的脂肪酸氧化(FAO)有助于维持线粒体内稳定,可能与鼻咽癌和乳腺癌的放疗抗性相关。FAO能够在线粒体中通过分解代谢提供细胞能量ATP,以帮助肿瘤细胞逃过放疗的杀伤,然而,目前仍不清楚线粒体脂肪酸代谢是否参与肿瘤的免疫豁免。美国加利福尼亚州大学戴维斯医学院放射肿瘤系的Nian Jiang等阐述FAO与GBM放疗抗性以及免疫逃逸的相关性,并揭示FAO调控抗巨噬细胞吞噬细胞膜蛋白(CD47)介导免疫逃逸的分子机制。文章发表在2022年3月的《Nature Communications》在线。
研究方法
研究结果
通过对比检测放疗抗性(RR)与亲本(WT)GBM的底物和代谢产物,发现RR GBM减少对葡萄糖的吸收,乳酸的产量也减少,而提高对脂肪酸的摄入,也增加乙酰辅酶A的产量。采用FAO抑制剂依托莫舍(ET)处理RR GBM细胞后,其OCR和ATP的产生均受到显著的抑制。这证明放疗抗性GBM细胞内存在由糖酵解向FAO的能量转换。
通过体外细胞、体内裸鼠和免疫健全小鼠实验发现,线粒体FAO代谢酶CPT1A、CPT2、ACAD9与CD47在放疗抗性GBM细胞或放疗后复发GBM肿瘤中共同高表达,说明细胞内部的调节机制使两者产生关联。随后,研究人员使用FAO抑制剂或CRISPR敲除CPT1A、CPT2和ACAD9基因,发现FAO抑制导致 CD47表达下降,同时巨噬细胞吞噬肿瘤细胞水平上升;反之,通过左旋肉碱、低剂量棕榈酸以及放射激活细胞的FAO,巨噬细胞吞噬水平下降。结果证明,脂代谢重编程不但增强GBM肿瘤细胞放疗抗性,同时也通过CD47增强抗巨噬细胞的免疫逃逸,导致肿瘤恶性表型。
为研究在放疗抗性GBM细胞内FAO调控CD47的机制,研究人员分析FAO的代谢产物,发现代谢物柠檬酸能透过线粒体膜,在细胞质中转化成为乙酰辅酶A,从而参与多种分子的乙酰化过程,包括CD47的转录因子RelA。通过免疫印迹、荧光素酶报告基因、qPCR等实验,证实柠檬酸能够增强RelA 310位点的乙酰化,促进NF-κB的活性,从而增加CD47的转录水平。通过药物SB204990抑制柠檬酸向乙酰辅酶A转换或者抑制RelA K310乙酰化后,上述促进作用受阻,说明FAO通过柠檬酸-乙酰辅酶A-RelA调控CD47表达,并促进产生免疫逃逸的微环境。最后,在放疗后复发GBM小鼠模型中,联用FAO抑制剂和抗CD47抗体可提高肿瘤控制效果。
研究结论
最后作者认为,由糖酵解转向脂肪酸氧化增强的代谢,促进CD47介导的免疫逃逸,从而导致GBM的侵袭性生长。在GBM免疫治疗中,阻断FAO-CD47通路可消除放疗抵抗性强的肿瘤细胞,改善对GBM的控制效果。该项研究首次揭示肿瘤FAO代谢与免疫逃逸的相关性,阐明FAO通过代谢产物调控CD47表达的分子机制,提出代谢联合放射免疫治疗GBM的新理念。
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