Nature Cancer:发现有丝分裂通过调节相变促进巨噬细胞吞噬癌细胞

给癌症治疗带来革命。目前主流的免疫治疗是促进T细胞对癌细胞的细胞毒作用，诱导免疫细胞吞噬癌细胞成为下一代免疫治疗的重要思路。许多治疗性单克隆抗体可以诱导巨噬细胞吞噬癌细胞(1)，其作用机制主要有两个：1。Fc受体介导的吞噬作用，称为抗体依赖性细胞吞噬作用(ADCP)，通常是赫赛汀和梅里妥昔单抗(2)。2.阻断“不要吃我”信号，例如有前途的CD47单克隆抗体(3)。但在实际治疗中，抗体诱导的肿瘤吞噬作用效果并不明显，尤其是实体瘤。因此，阐明巨噬细胞如何有效吞噬癌细胞对于设计下一代治疗方法具有重要意义。

来自中山大学孙逸仙纪念医院的苏贞成团队在Nature Cancer杂志在线发表了题为《巨噬细胞线粒体裂变改善治疗性抗生素和Isimpa诱导的癌细胞吞噬作用》的文章。Ired by谷氨酰胺竞争的研究结果发现，有丝分裂通过改变吞噬机器的两个重要组成部分WIP和WASP的相变，促进巨噬细胞吞噬癌细胞。在肿瘤微环境中靶向谷氨酰胺竞争的酶可以通过促进肿瘤吞噬作用来提高多种单克隆抗体的疗效。

为线粒体免疫反应提供能量(4)。前期作者发现线粒体基因组转录的环状RNA通过调节ROS来调节成纤维细胞的功能(Bioart:Cell苏士成/高志良/徐小丁合作揭示线粒体定位的环状RNA调节肝脏免疫代谢炎症的机制)(5)。因此，笔者思考线粒体的动态变化能否调节巨噬细胞吞噬癌细胞。通过使用三种治疗性抗体，如赫赛汀、利妥昔单抗和CD47单克隆抗体，作者将三种不同癌症类型的18种细胞，即B细胞和B细胞与原代人巨噬细胞共培养。发现有效吞噬肿瘤的巨噬细胞的线粒体呈颗粒状，有丝分裂调节蛋白Drp1显著增加。体外基因敲除或药物抑制巨噬细胞有丝分裂可明显抑制肿瘤细胞的吞噬作用。将野生型巨噬细胞过继注射到无巨噬细胞的Csf1op/op荷瘤小鼠体内，明显促进了抗体介导的巨噬细胞对肿瘤的吞噬和治疗作用，而Drp1敲除后的巨噬细胞不具备这种能力。上述体外和体内实验证实，有丝分裂是巨噬细胞有效吞噬肿瘤细胞的必要条件(图1)。

图1:线粒体分裂促进巨噬细胞吞噬肿瘤。

巨噬细胞吞噬大颗粒时，肌动蛋白极化是吞噬机器组装的主要步骤(6)。作者发现，线粒体分裂被抑制后，肌动蛋白极化受阻。许多研究表明，细胞内蛋白质聚集(液-液分离)可以调节各种细胞的功能(7，8)。首先，通过IUPred2A网站的蛋白质结构分析，作者发现吞噬机器的两个重要组成部分WIP和WASP含有较长的无序区，提示它们具有容易形成相变的结构。通过体外液滴形成、漂白实验和荧光共定位实验证明WIP和WASP能形成明显的液滴。为了探索调控有丝分裂和WIP/WASP相分离的具体机制，作者研究了巨噬细胞吞噬肿瘤细胞过程中有丝分裂产物的变化及其对WIP/WASP相分离的影响。结果表明，线粒体有丝分裂引起的细胞内钙水平升高抑制了WIP/WASP液滴的形成。在进一步的体外实验中，作者发现静止状态下WIP/WASP的相分离阻止了PKC磷酸化WIP，而有丝分裂产生的细胞内高钙离子水平抑制了WIP/WASP液滴的形成，使PKC-易于接触并磷酸化WIP，从而增加了巨噬细胞的肌动蛋白极化和肿瘤细胞的吞噬作用。

为探讨肿瘤细胞抗体耐受介导的吞噬作用是否与巨噬细胞的线粒体分裂有关，采用芯片、Western blot、质谱和Ocomine数据库检测对吞噬抗体耐受和对吞噬抗体敏感的肿瘤细胞系中差异蛋白的表达。发现己糖激酶途径的关键酶GFPT2在耐受吞噬作用的肿瘤细胞中高表达，其下游代谢产物在细胞中明显积累。GFPT2是调节谷氨酰胺分解为谷氨酸的限速酶，可促进谷氨酰胺的消耗，谷氨酰胺的消耗可抑制线粒体的有丝分裂(9)。通过抑制肿瘤细胞GFPT2或添加GFPT2的底物谷氨酰胺，作者发现它可以增加巨噬细胞线粒体的有丝分裂和耐受肿瘤细胞的吞噬作用，而去除微环境中的谷氨酰胺则抑制敏感肿瘤细胞的吞噬作用。基因敲除和化学抑制GFPT2酶可以提高临床单克隆抗体治疗肿瘤的效果。

总的来说，通过对不同抗体介导的肿瘤吞噬模型的研究，本研究揭示了谷氨酰胺在肿瘤微环境中的竞争抑制了巨噬细胞线粒体的有丝分裂，维持了WIP/WASP相分离，从而抑制了PKC磷酸化的WIP和肌动蛋白的极化，导致了临床抗体耐药。该研究为增强下一代肿瘤免疫治疗的效果提供了新的思路。

图2:本课题主要机制示意图

苏贞成教授是本文的通讯作者，博士后、博士生叶莹莹、和张博士是本文的共同第一作者。蔡、马利平、冯如教授对本课题提供了大力支持和帮助。