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

来源：奇点蛋糕2022-08-19 18:06

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(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，上述功能变化与癌症的发病机制有关。

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，蛋氨酸限制饮食是否会影响ICB的治疗效果尚未得到研究。此外，由于蛋氨酸在甲基转移酶的催化下会转变为甲基化供体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，因此蛋氨酸代谢、RNA甲基化和抗肿瘤在分子上是否相互交织尚不清楚。

近日，中山大学鞠怀强、徐瑞华和中科院大连化学物理研究所朴海龙领导的研究团队在国际知名期刊《Gut》上联合发表了他们关于蛋氨酸代谢对后续RNA甲基化和抗性的研究[6]。

本研究发现，蛋氨酸代谢产生的SAM可促进肿瘤细胞内m6A的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)或消耗m6A特异性结合蛋白YTHDF1可恢复肿瘤内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。

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和B细胞)中建立了CT26和MC38(两种小鼠细胞)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。

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，但这种抑制作用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。此外，与CD组相比，MRD组CD8 T细胞浸润，GZMB和IFN-信号增强。

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

为了找出不同饮食如何影响抗肿瘤免疫力，研究小组进行了代谢组学分析。结果表明，MRD饲养显著降低了肿瘤组织中甲硫氨酸代谢产物的水平，肿瘤细胞中5-mC和m6A的甲基化水平也显著降低。这些结果表明MRD饲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细胞的效应子功能。

DNA 5-mC和RNA m6A的修饰受一系列调控因子如甲基转移酶、去甲基化酶和结合蛋白的调控。通过对癌症基因组图谱(TCGA)数据库的相关性分析，研究人员发现CD8 T细胞浸润与一些调控因子的表达呈负相关，其中与m6A特异性结合蛋白YTHDF1的负相关性最强。IHC的分析也验证了上述结果。

YTHDF1参与MRD治疗介导的适应性免疫反应。

据此，研究人员将YTHDF1敲除的CT26和MC38细胞接种到免疫活性小鼠或免疫功能低下的Rag2-/-小鼠体内，分别喂食CD或MRD，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介导的抗肿瘤作用，AOM-DSS治疗的肠道YTHDF1缺陷小鼠结肠肿瘤形成的减少也证明了上述观点。

随后，研究人员分析了RIP-seq和RIP-qPCR，发现YTHDF1的识别靶点是

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。

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。

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。

机制示意图

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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