Nat Commun：李健健团队揭示胶质瘤中脂肪酸氧化调控免疫逃逸机制
脑胶质瘤（Glioblastoma multiforme, GBM）是中枢神经系统恶性肿瘤中最常见, 最难治疗的肿瘤，中位生存期仅14.6个月【1】，5年生存率仅6.8%【2】。放疗是继手术后治疗GBM主要手段，但由于脑胶质瘤对放疗抵抗性强，治疗效果差, 放疗+免疫综合治疗正在成为一个新型治疗方法。但是放疗后的肿瘤细胞会对免疫治疗产生耐受, 使得肿瘤细胞逃过免疫细胞的杀伤,导致治疗失败【3,4】。
代谢重编程是肿瘤的主要特征之一【5】，也是肿瘤复发的重要因素。有氧糖酵解（瓦伯格效应）是多种实体肿瘤包括脑胶质瘤的代谢特征，但是研究发现从有氧糖酵解到线粒体代谢的灵活切换能够使肿瘤细胞在应激状态下存活【6,7】。线粒体代谢中，脂肪酸氧化（Fatty acid oxidation,FAO）更是被发现与鼻咽癌和乳腺癌的放疗抗性相关【8,9】。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，然而线粒体脂肪酸代谢是否参与肿瘤的免疫豁免目前仍不清楚。
2022年3月21日，美国加州大学戴维斯分校李健健教授及团队以Fatty acid oxidation fuels glioblastoma radioresistance with CD47-mediated immune evasion 为题目在Nature Communications 杂志报道了FAO与GBM放疗抗性以及免疫逃逸的相关性，揭示了FAO调控CD47介导的免疫逃逸的分子机制。
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研究者首先在46对肿瘤原发和复发样本中发现了CD47 (抗巨噬细胞吞噬细胞膜蛋白)与FAO代谢酶在复发肿瘤中共同高表达的现象，通过CGGA（Chinese Glioma Genome Atlas organization）数据库验证，并通过聚类和相关性分析发现FAO基因和CD47的表达呈相关性，于是研究者假设FAO可能与CD47表达相关，进而影响了免疫逃逸的微环境。而在验证这一假设之前，研究者首先得明确放疗抗性GBM细胞内存在FAO的活化。
通过对比检测放疗抗性（Radioresistant, RR）和亲本(Wildtype, WT)GBM的底物和代谢产物检测，发现RR GBM对葡萄糖的吸收减少，乳酸的产量减少，而对脂肪酸的摄入提高，乙酰辅酶A的产量也增加。在将FAO抑制剂依托莫舍(ET)处理RR GBM细胞后，其OCR和ATP产生均受到显著的抑制。以上实验说明放疗抗性GBM细胞内存在由糖酵解向FAO的能量转换。
进一步体外细胞，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，说明存在细胞内部的调节机制使两者产生关联。接着研究人员通过使用FAO抑制剂或CRISPR敲除CPT1A,CPT2,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（L-carnitine），低剂量棕榈酸（palmitate），以及放射激活细胞的FAO后，巨噬细胞吞噬水平下降。
此结果证明，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是如何调控CD47的，研究人员分析FAO的代谢产物，发现柠檬酸这一代谢物即能透过线粒体膜，又能够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，研究人员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，而通过药物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，并促进免疫逃逸的微环境的产生。
最后，通过联用FAO抑制剂和抗CD47抗体在放疗后复发GBM小鼠模型中提高了肿瘤控制效果。这项工作首次揭示了肿瘤FAO代谢与免疫逃逸的交联，阐明了FAO通过代谢产物而调控CD47表达的分子机制，提出了代谢联合放射免疫治疗的新理念。
这项工作由蒋念博士（现中南大学湘雅医院神经外科）在加州大学戴维斯分校李健健教授实验室完成。李健健教授团队主要从事放疗抗性与肿瘤代谢、肿瘤免疫相关的研究，2020年9月14日Nature Communications杂志发表题为Dual blockade of CD47 and HER2 eliminates radioresistant breast cancer cells的文章，该文章报道了放疗抗性乳腺癌细胞中HER2可通过NF-κB促进CD47表达，进而使肿瘤细胞逃避巨噬细胞的吞噬，并证明双阻断HER2和CD47可有效清除放疗抗性乳腺癌细胞。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-29137-3.pdf
参考文献：
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3. Darragh LB, et al. Overcoming Resistance to Combination Radiation-Immunotherapy: A Focus on Contributing Pathways Within the Tumor Microenvironment. Front Immunol 2018, 9:3154.
4. Arina A, et al. Radiotherapy and Immunotherapy for Cancer: From "Systemic" to "Multisite". Clin Cancer Res 2020, 26:2777-2782.
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