深圳大学付利团队揭示结直肠癌新发现
2024年7月6日,深圳大学医学院药理学系与国际癌症中心付利团队在期刊《Nature Communications》上发表了题为“ATP6V0A1-dependent cholesterol absorption in colorectal cancer cells triggers immunosuppressive signaling to inactivate memory CD8 T cells+”的研究论文。在这项研究中,团队发现,肿瘤细胞内源性ATP6V0A1是一种新颖的关键因素。通过CRC细胞中RABGEF1依赖性内体成熟途径,促进外源性胆固醇的吸收,导致ER衍生的胆固醇水平升高和24-OHC产生,以及TGF-β1表达上调。
研究背景
肥胖已成为全球健康问题。与肥胖相关的主要风险之一,是患各种类型癌症的可能性增加,包括结直肠癌 (CRC)。越来越多的证据表明,肥胖可以通过脂质代谢重新编辑,影响免疫系统对肿瘤的反应。肥胖通过促进CRC肿瘤细胞中的脂肪酸(FA)代谢,来抑制抗肿瘤免疫。高脂饮食(HFD)诱导的肥胖,下调脯氨酰-4-羟化酶 3(PHD3)的表达,促进CRC细胞中FA的摄取和氧化,剥夺肿瘤微环境(TME)的FA,从而减弱FA支持的CD8 T细胞的抗肿瘤活性。除FA外,TME中的胆固醇,在调节抗肿瘤免疫方面,也起着至关重要的作用。已知TME中适当水平的胆固醇,对于维持CD8 T细胞的抗肿瘤功能,至关重要。相反,过量的胆固醇,可能导致T细胞耗竭。另一方面,肿瘤细胞产生的胆固醇,驱动其免疫抑制重新编辑。CRC细胞中内源性胆固醇的合成增强,可能通过激活YAP信号传导,来促进肿瘤免疫逃逸,或前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶/kexin 9型(PCSK9)的产生。尽管取得了上述进展,但CRC细胞利用TME衍生的胆固醇,来驱动促进免疫逃逸的代谢变化的作用和机制,尚未得到深入研究。
液泡型ATP酶(V-ATPase)是一种高度进化、保守的质子泵,对于维持多种细胞类型的囊泡PH值和胆固醇稳态,至关重要。V-ATP酶复合物的单个亚基,具有独特的调节功能。一些V-ATP酶亚基亚型,包括ATP6V0A2、ATP6V0A3、ATP6V1C1和ATP6V1E1,在多种肿瘤中高度表达,例如黑色素瘤和乳腺癌。它们通过调节TME衍生的PH值和细胞mTOR通路,来促进转移和耐药性。肿瘤细胞释放的ATP6V0A2的N末端片段,调节乳腺和宫颈肿瘤TME中,巨噬细胞和中性粒细胞的免疫抑制。
在本研究中,团队探讨了肿瘤细胞内源性V-ATP酶亚基,在CRC中通过脂质代谢,调节抗肿瘤免疫活性的作用。团队发现,V-ATP酶亚基ATP6V0A1,与脂质代谢评分呈正相关,与CRC的免疫活性呈负相关。在脂质代谢高的结直肠癌样品中,观察到ATP6V0A1与免疫活性的相关性,但在脂质代谢低的结直肠癌样品中,没有观察到相关性。重要的是,团队发现,肿瘤细胞内源性ATP6V0A1是一种新型免疫抑制因子,可促进CRC细胞中RABGEF1依赖性胆固醇的吸收,从而启动旁分泌TGF-β1/SMAD3信号传导,以使记忆CD8 T细胞失活。此外,团队还探索了靶向ATP6V0A1的免疫治疗的潜在策略。团队的研究结果,有望为研究CRC细胞,利用TME衍生的胆固醇驱动免疫抑制的作用,提供新的见解,从而为CRC免疫治疗,提供新的方向。
研究进展
ATP6V0A1通过CRC中的外源性脂质,
促进免疫抑制性TME
已知高脂肪饮食(HFD),会在CRC中诱导免疫抑制性 TME,但其机制尚不清楚。V-ATP酶亚基对于各种细胞类型的脂质稳态,至关重要。为了研究V-ATP酶亚基在CRC肥胖,抑制抗肿瘤免疫中的潜在作用,团队将471个TCGA-COAD样品,根据其脂质代谢途径的转录组水平,分为高脂质代谢和低脂质代谢的两个簇,并比较了24个人的V-ATP酶亚基,在这两个簇中的表达水平。ATP6V0A1、ATP6V0C、ATP6V0D1、ATP6V0D2、ATP6V0E1、ATP6V0E2、ATP6V1B1、ATP6V1D、ATP6V1E1、ATP6V1F、ATP6AP1等11个V-ATP酶亚基的表达,在高脂质代谢的CRC中显著升高。同时,团队根据免疫评分,将TCGA-COAD样品,分为3组。在与高脂质代谢相关的11个V-ATP酶亚基中,ATP6V0A1与免疫活性,呈较强的负相关。这在COAD样本中很明显,因为ATP6V0A1是唯一一个随着免疫评分,从低水平逐渐增加到高水平,而持续下降的亚基。重要的是,在高脂质代谢的CRC中,发现ATP6V0A1表达与免疫活性降低呈正相关;而在低脂质代谢的CRC中,没有观察到相关性。另一方面,在高ATP6V0A1表达的CRC中,高脂质代谢与较低的免疫活性相关;而在低ATP6V0A1 CRC中,高脂质代谢亚群和低脂质代谢亚群之间的免疫活性相当。肿瘤细胞中脂质代谢的增加,与TME中的脂质水平升高,始终相关。上述数据表明,ATP6V0A1对于结直肠癌患者的外源性脂质,抑制抗肿瘤免疫,可能是必不可少的。值得注意的是,ATP6V0A1的消耗,显著减弱了HFD诱导的改变,表明ATP6V0A1通过利用TME中的外源性脂质,在调节CRC免疫逃逸方面,起着至关重要的作用。
HFD诱导的抗肿瘤免疫,抑制所需的ATP6V0A1。
靶向ATP6V0A1恢复记忆CD8 T细胞介导的
CRC抗肿瘤免疫
实验结果表明,肿瘤内ATP6V0A1通过降低记忆CD8 T细胞的有效性,来诱导CRC中的免疫抑制信号传导和免疫逃逸。因此,团队探索了CRC动物模型中,ATP6V0A1抑制的治疗潜力。首先,团队使用基于对接的蛋白质-抑制剂的相互作用和分析,来筛选一组FDA批准的小分子抑制剂,以寻找潜在的ATP6V0A1抑制剂。团队发现,达卡他韦(Dac)是一种临床使用的药物,用于治疗慢性基因型I型和III型丙型肝炎病毒(HCV)感染,能够与ATP6V0A1蛋白结合。团队使用细胞热位移测定法,确认了其相互作用,这是一种通过检测配体,发现后蛋白质热稳定性的变化,来评估药物与细胞和组织中靶蛋白结合的方法。这些检测表明,Dac可以诱导MC38中ATP6V0A1蛋白的热稳定,但不能诱导对照蛋白(β-肌动蛋白)的热稳定和HCT-8 细胞,证实了Dac与这些细胞中ATP6V0A1的结合。有趣的是,Dac与V0A亚基的其他亚型,没有显著结合,表明Dac与ATP6V0A1结合的特异性。接着,团队研究了Dac在体内破坏ATP6V0A1介导的细胞功能的能力。有趣的是,虽然Dac治疗并没有改变NOD/SCID小鼠中,MC38肿瘤的生长。但是,在C57BL/6 J小鼠中,它显著抑制了MC38肿瘤的生长,降低了肿瘤组织中TGF-β1的表达和活化的TME衍生CD44CD8 T细胞。重要的是,Dac处理还显著抑制了人免疫重组huPBMC-NCG小鼠的HCT-8肿瘤生长,但对免疫缺陷的NCG小鼠,没有抑制HCT-8肿瘤的生长。此外,Dac处理,降低了肿瘤组织中TGF-β1的表达,并增强HCT8肿瘤内CD45ROCD8 T细胞的活化。值得注意的是,Dac处理既没有引起小鼠的体重减轻,也没有导致小鼠体内任何的器官毒性,表明了这种治疗的安全性。
Dac以免疫依赖性方式,有效抑制结直肠肿瘤的生长。
研究结论
作为结直肠癌发展的危险因素,肥胖会抑制结直肠癌的抗肿瘤免疫。TME衍生的脂肪酸和胆固醇,可以通过代谢依赖性或独立途径,直接调节免疫细胞的抗肿瘤功能。另一方面,TME衍生脂肪酸在CRC细胞中的利用和代谢,通过调节TME中的脂肪酸水平,在免疫逃逸中,起着至关重要的作用。尽管取得了上述进展,但CRC细胞通过TME衍生的胆固醇,抑制抗肿瘤免疫的机制,仍然未知。在本研究中,团队发现肿瘤细胞内源性ATP6V0A1是一种新颖的关键因素,通过CRC细胞中RABGEF1依赖性内体成熟途径,促进外源性胆固醇的吸收,导致ER衍生的胆固醇水平升高和24-OHC产生,以及TGF-β1表达上调。此外,TGF-β1(一种参与抗肿瘤免疫的关键细胞因子)的上调,抑制了记忆CD8 T细胞的激活,并促进了CRC小鼠模型中的免疫逃逸。团队强调,TGF-β1是肿瘤细胞衍生的胆固醇代谢重新编辑,与免疫细胞抑制功能之间的新潜在联系。这些发现,为研究CRC细胞利用TME衍生的胆固醇,抑制抗肿瘤免疫的机制,开辟了新的途径。同时,这些数据,展示了调节胆固醇代谢和抗肿瘤免疫的V-ATP酶亚基的新轨迹。
在本研究中,团队重点关注ATP6V0A1诱导的TGF-β1,在记忆CD8 T细胞失活中的作用。实验数据表明,TGF-βRII可能作为记忆CD8 T细胞中的受体检查点。然而,TGF-β1也有助于调节Treg分化和激活抑制性髓系细胞。此外,TGF-β1也可能通过自分泌途径,在CRC转移中发挥重要作用。在未来的研究中,团队计划探索ATP6V0A1诱导的TGF-β1,对肿瘤细胞和其他免疫细胞的影响。
RABGEF1依赖性途径,对ATP6V0A1诱导的内体成熟,至关重要。由于与脂质代谢较低的人相比,脂质代谢水平高的CRC中的ATP6V0A1升高,因此,外源性脂质,可能是导致CRC细胞中ATP6V0A1表达增加的一个因素。ATP6V0A1的表达,也可能通过由其他关键基因控制的上游分子信号通路升高,这值得在未来,进一步研究。
团队的研究结果,揭示了ATP6V0A1通过抑制抗肿瘤免疫反应,促进肿瘤进展的新功能。团队证明了,V-ATP酶驱动的免疫逃逸,受结直肠癌(CRC)细胞中胆固醇代谢途径的控制。V-ATP酶在调节细胞和囊泡PH值中,起着至关重要的作用。具有不同V0A亚型的V-ATP酶复合物,在调节PH值方面,发挥不同的功能。值得注意的是,内体酸化将是内体成熟的结果。在促进内体成熟的同时,RABGEF1通路,可以将VPS41和RILP募集到内体,从而通过RILP和ATP6V1G1的相互作用,加强V0亚复合体和V1亚复合物的连锁。因此,通过RABGEF1依赖性途径ATP6V0A1,调节内体成熟的过程,可能不依赖于V-ATP酶的酸化活性。此外,ATP6V0A1可能通过 RABGEF1/VPS41/RILP途径,调节内体的酸化,而不是 V-ATP酶复合物或其V0亚复合物水平的变化。团队计划在ATP6V0A1诱导的胆固醇吸收的背景下,进一步研究RABGEF1途径、内体成熟和囊泡PH值之间的关联。
在本研究中,团队通过靶向抑制ATP6V0A1,为CRC提供了一种新的免疫治疗策略。在结直肠癌中,抗TGF-β1的治疗效果,可能无法取代靶向ATP6V0A1。因为抗TGF-β1治疗,仅部分削弱了Atp6v0a1过度表达对MC38肿瘤生长的促进作用。此外,靶向ATP6V0A1也可能产生与靶向V-ATP酶复合物诱导,不同的效果。不同V-ATP酶亚基与CRC免疫微环境的关系,各不相同。与其他V0A亚型相比,抑制ATP6V0A1,不会影响V-ATP酶复合物的整体水平;并且在免疫逃逸调节中,表现出独特的作用。因此,ATP6V0A1靶向治疗,对于开发有效的抗CRC免疫治疗策略,可能具有独特的意义。实验数据表明,ATP6V0A抑制剂,可以选择性地靶向CRC组织内的肿瘤细胞。然而,团队需要进一步的研究,以确定Dac在 CRC治疗中的靶向特异性。
ATP6V0A1的上调,及其对RABGEF1/24-OHC/TGF-β1 通路免疫逃逸的影响,与CRC中错配修复(MMR)或微卫星不稳定性(MSI)的类型无关。ATP6V0A1在缺陷错配修复(dMMR)和熟练错配修复(pMMR)的CRC 患者中,都过度表达。重要的是,通过表达干扰或抑制剂治疗ATP6V0A1,被证明可以抑制肿瘤生长,并恢复dMMR和pMMR小鼠CRC中的抗肿瘤免疫。免疫检查点阻断在dMMR CRC中,显示出令人惊喜的治疗效果;但在pMMR CRC中,则不然。由于pMMR结直肠癌的免疫治疗面临挑战,团队的研究可能为在这种情况下,增强免疫治疗,提供有前途的策略。
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