GUT:中山大学联合大连化工学院破解蛋氨酸代谢在抗肿瘤免疫中的重要作用

蛋氨酸(蛋氨酸)作为人体必需氨基酸,也是人体血浆中种类最多的代谢产物[1]。

蛋氨酸的摄取和代谢涉及许多细胞功能,包括甲基化、氧化还原维持、多胺合成和叶酸代谢[2]。在大多数情况下,上述功能变化都与癌症发病机制相关。

此外,许多研究发现,从饮食中获得的蛋氨酸水平对肿瘤细胞的蛋氨酸代谢有很大影响,这无疑在营养和肿瘤代谢之间架起了一座桥梁[3,4]。这种受饮食影响的肿瘤特异性代谢脆弱性成为肿瘤治疗中值得关注的方向。

癌细胞对蛋氨酸“上瘾”,使其在与T细胞的竞争中胜出,往往导致T细胞的蛋氨酸供应不足。虽然有报道称,给荷瘤小鼠注射蛋氨酸可改善T细胞代谢,延缓肿瘤生长,且该方法与PD-L1抑制剂有协同抗肿瘤作用[5]。

然而,蛋氨酸限制的饮食是否会影响ICB治疗效果尚未得到研究.除了作为蛋氨酸会在甲基转移酶的催化下转变为甲基化供体S-腺苷甲硫氨酸(SAM),并参与组蛋白甲基化、5-甲基胞嘧啶(5-MC)的DNA甲基化和N6-甲基腺苷(M6A)的RNA甲基化,目前还不清楚蛋氨酸代谢、RNA甲基化和抗肿瘤免疫在分子中是否交织在一起。

最近,中山大学鞠怀强和徐瑞华及中国科学院大连化学物理研究所朴海龙领导的研究小组在国际知名期刊上发表了他们关于蛋氨酸代谢对肠道中后续RNA甲基化和抗肿瘤免疫的研究[6]。

本研究发现,蛋氨酸代谢产生的SAM可以促进肿瘤细胞中m6A甲基化和免疫检查点蛋白(PD-L1,VISTA)的翻译,而蛋氨酸限制饮食(MRD)或m6A特异性结合蛋白YTHDF1的消耗,可以恢复肿瘤中CD8+T细胞的浸润,并与PD-1抑制剂产生协同作用,从而抑制肿瘤生长.

这意味着蛋氨酸和YTHDF1通过调节肿瘤浸润性T细胞的效应子功能在抗癌免疫中发挥重要作用,靶向蛋氨酸代谢或YTHDF1可能是一种潜在的癌症免疫治疗新策略。

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论文的第一页

接下来,我们来看看这个研究是如何进行的。

研究人员分别在免疫健康小鼠和Rag2-/-免疫低下小鼠(缺乏成熟T细胞和B细胞)中建立CT26和MC38(两种小鼠大肠癌细胞)皮下肿瘤模型,并分别给予它们对照饮食(CD)或MRD,以探索蛋氨酸对肿瘤免疫的影响。

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MRD治疗抑制了结直肠癌的生长,并促进了肿瘤中CD8 T细胞的浸润和效应功能。

他们发现,虽然MRD喂养可以抑制免疫活性和Rag2-/-免疫缺陷小鼠的肿瘤生长,但这种抑制在免疫活性小鼠中更明显,这表明MRD喂养主要通过适应性免疫发挥抗肿瘤作用.另外,与CD组相比,MRD组肿瘤中CD8+T细胞浸润,GZMB和IFN-gamma

;信号增强。

在偶氮甲烷和葡聚糖硫酸钠(AOM-DSS)诱导的小鼠结肠炎相关结肠癌模型,及HCT116和HT29结肠癌细胞皮下异种移植的人源化小鼠模型中,研究人员也得到了上述结论。

为了搞清楚不同饮食方案究竟如何影响抗肿瘤免疫,研究团队开展了代谢组学分析,结果发现MRD喂养显著降低了肿瘤组织中蛋氨酸代谢产物的水平,且5-mC和m6A甲基化水平在肿瘤细胞也明显降低。这些结果表明,MRD喂养降低了肿瘤组织中甲基化供体SAM的水平,并可能间接破坏肿瘤浸润T细胞的效应功能

由于DNA 5-mC修饰和RNA m6A修饰受到甲基转移酶、去甲基化酶和结合蛋白等一系列调节剂的调节。通过癌症基因组图谱(TCGA)数据库的相关性分析,研究人员发现CD8+T细胞浸润与一些调节因子的表达呈负相关,其中与m6A特异性结合蛋白YTHDF1负相关性最强,IHC分析也验证了上述结果。

 

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YTHDF1参与了MRD处理介导的适应性免疫反应

据此,研究人员将YTHDF1敲低的CT26和MC38细胞,接种到免疫健全小鼠或免疫缺陷Rag2-/-小鼠体内,分别喂食CD或MRD,并观察肿瘤的生长速度。他们发现YTHDF1作为一种免疫抑制分子,可以通过限制T细胞活化和细胞毒性来参与MRD介导的抗肿瘤效果,而肠道ythdf1条件缺陷的小鼠接受AOM-DSS处理时,结肠肿瘤形成的减少也证明了上述观点。

随后,研究人员进行了RIP-seq和与RIP-qPCR分析,发现YTHDF1的识别靶标为PD-L1和VISTA。他们猜想,YTHDF1可能以m6A依赖性方式调节PD-L1和VISTA的表达。

YTHDF1作为一种m6A“阅读器”蛋白,可以直接促进甲基化mRNA的翻译[7]。研究人员通过mRNA水平评估及多核糖体分析表明,敲低YTHDF1和蛋氨酸限制饮食不会影响PD-L1和VISTA的转录水平,而是导致PD-L1和VISTA的mRNA的翻译效率降低。这些结果表明YTHDF1可以促进PD-L1和VISTA的蛋白质合成

 

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YTHDF1识别PD-L1与VISTA的m6A修饰位点

通过分析RIP-seq数据,并使用SRAMP工具预测PD-L1和VISTA转录本的m6A基序,筛选m6A修饰的潜在位点,随后借助MeRIP-qPCR和CLIP-qPCR进一步验证,研究人员确定了YTHDF1识别PD-L1和VISTA mRNA转录本中特定的m6A修饰位点。

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MRD处理及YTHDF1敲低均能增强PD-1抑制剂的疗效

基于上述发现,研究人员进一步发现CT26和MC38荷瘤小鼠在蛋氨酸限制饮食或敲低YTHDF1,能够增强ICB疗法(PD-1抑制剂)在小鼠模型中的抗肿瘤活性

此外,研究人员利用RT-qPCR和IHC检查了CRC患者肿瘤组织中的YTHDF1表达,发现YTHDF1不仅在原发CRC组织中上调,而且在复发性CRC组织中也升高。MeRIP-qPCR还证实,PD-L1和VISTA转录本的m6A修饰水平在CRC组织中也显著增加

通过分析患者YTHDF1的表达水平与生存期的关系,研究人员发现具有高YTHDF1表达水平的患者总生存期(OS)和无病生存期(DFS)更短,这意味着YTHDF1表达水平有助于判断患者能否对ICB治疗产生更大响应,证明其具有一定的临床意义。

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总的来说,该团队目前的研究不仅揭示了RNA m6A修饰在抗肿瘤免疫中的一种新的调控机制,而且强调了基于YTHDF1表达差异的蛋氨酸限制与PD-1抑制剂的组合策略,可以产生较好的生存效益。

除此之外,这个研究还有以下三个意义。首先,它丰富了我们对肿瘤进展中蛋氨酸代谢、RNA m6A甲基化和抗肿瘤免疫之间的机制联系的理解。即,蛋氨酸为RNA m6A修饰提供甲基供体,在抗肿瘤免疫和T细胞功能中发挥重要作用

其次,YTHDF1的表观遗传调控机制涉及调节免疫检查点分子的表达,这表明YTHDF1是一种潜在的免疫治疗效果的生物标志物。鉴于膳食蛋氨酸限制与PD-1抑制剂在不同的小鼠模型中协同作用,膳食蛋氨酸干预的进一步研究可能为癌症免疫治疗的新策略提供线索

最后,值得期待的是,进一步探索如何在不影响人体正常机能的条件下,通过合理调节蛋氨酸饮食改善CRC患者对ICB疗法的响应率。

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