清華新聞網(wǎng)6月24日電 近日，清華大學(xué)藥學(xué)院尹航教授、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院陳興教授團(tuán)隊(duì)合作揭示了腫瘤微環(huán)境葡萄糖代謝重編程通過(guò)O-GlcNAc糖基化修飾調(diào)控巨噬細(xì)胞命運(yùn)的全新機(jī)制。
腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中極為重要的免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞之一，在多種癌癥類(lèi)型中，隨著疾病進(jìn)展，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的占比在腫瘤組織中逐漸升高，通常和較差預(yù)后相關(guān)。巨噬細(xì)胞具有高度的可塑性，雖然炎性巨噬細(xì)胞具有抗腫瘤的潛能，但常被腫瘤內(nèi)部的環(huán)境因素重編程，轉(zhuǎn)而促進(jìn)免疫逃逸。研究顯示，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞展現(xiàn)出比腫瘤細(xì)胞和淋巴細(xì)胞更強(qiáng)的葡萄糖攝取能力。約2%-5%的葡萄糖進(jìn)入己糖酰胺生物合成途徑轉(zhuǎn)化為尿苷二磷酸N乙酰葡萄糖胺（UDP-GlcNAc），隨后由O-糖基化轉(zhuǎn)移酶（OGT）介導(dǎo)，轉(zhuǎn)移到靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸的羥基殘基上，對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行O-糖基化修飾。這種修飾在調(diào)控細(xì)胞的多種生理過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，在炎性巨噬細(xì)胞的抗感染反應(yīng)中，關(guān)鍵信號(hào)蛋白發(fā)生O-糖基化修飾，調(diào)控下游的天然免疫信號(hào)通路。多種淋巴細(xì)胞的發(fā)育和功能受到O-糖基化修飾調(diào)控，然而，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的分化是否被O-糖基化修飾影響尚未被報(bào)道。
首先，研究人員通過(guò)靶向代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)UDP-GlcNAc在腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞里相比于鄰近的腹腔巨噬細(xì)胞顯著上升。隨后研究人員構(gòu)建多種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腫瘤模型，包括MC38結(jié)直腸癌、Panc02胰腺癌及自發(fā)MMTV-PyMT乳腺癌模型，發(fā)現(xiàn)OGT髓系細(xì)胞特異性敲除的小鼠中，腫瘤生長(zhǎng)顯著受到抑制。流式細(xì)胞術(shù)和單細(xì)胞RNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)4/80、TREM2、MerTK陽(yáng)性的巨噬細(xì)胞在腫瘤組織中的比例下降，Trem2、Mertk、C1qc等促腫瘤相關(guān)基因表達(dá)減少，而腫瘤浸潤(rùn)的CD8+ T細(xì)胞效應(yīng)能力增強(qiáng)，分泌的殺傷性細(xì)胞因子（IFN-γ,TNF-α和Granzyme B）增加，耗竭相關(guān)的特征減少。差異基因富集分析顯示巨噬細(xì)胞中下調(diào)基因涉及髓系分化和免疫抑制，上調(diào)基因富集于免疫激活通路。骨髓移植實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)OGT敲除的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞具有先天性的發(fā)育劣勢(shì)。
研究人員進(jìn)行了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的染色質(zhì)可及性分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子EGR2調(diào)控的motif開(kāi)放性在OGT髓系細(xì)胞特異性敲除小鼠中顯著下降，而EGR2在腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞中被顯著誘導(dǎo)，在其他腫瘤浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞亞群或正常組織的巨噬細(xì)胞中表達(dá)量很低。研究人員通過(guò)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的DNA-蛋白質(zhì)互作研究發(fā)現(xiàn)，EGR2在Trem2基因啟動(dòng)子區(qū)域的結(jié)合受到OGT調(diào)控。EGR2在GM-CSF體外誘導(dǎo)單核細(xì)胞分化的巨噬細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，在野生型單核細(xì)胞中敲降EGR2，會(huì)減弱巨噬細(xì)胞分化、Trem2基因表達(dá)以及對(duì)幼稚CD8+ T細(xì)胞的增殖抑制的表型，而在OGT敲除的細(xì)胞中敲降EGR2則沒(méi)有進(jìn)一步觀(guān)察到這種表型。
研究人員首次報(bào)道EGR2蛋白發(fā)生O-糖基化修飾，并通過(guò)基于電子轉(zhuǎn)移解離模式的質(zhì)譜鑒定了O-糖基化修飾位點(diǎn)。其中，絲氨酸299位的O-糖基化修飾增強(qiáng)了EGR2的轉(zhuǎn)錄活性，從而促進(jìn)GM-CSF調(diào)控的巨噬細(xì)胞分化和功能。
綜上，本研究首次報(bào)道腫瘤微環(huán)境中，O-糖基化修飾從轉(zhuǎn)錄層面調(diào)控腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的發(fā)育和促腫瘤功能，巨噬細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子EGR2被代謝驅(qū)動(dòng)的O-糖基化修飾精細(xì)調(diào)控的新機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)為理解腫瘤微環(huán)境中巨噬細(xì)胞的功能多樣性提供了新視角，并為開(kāi)發(fā)新的抗腫瘤免疫治療策略奠定了理論基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以“EGR2的O-糖基化修飾調(diào)控促腫瘤巨噬細(xì)胞的發(fā)育以限制CD8+ T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)”（EGR2 O-GlcNAcylation Orchestrates the Development of Protumoral Macrophages to Limit CD8+ T Cell Antitumor Responses）為題，于6月19日發(fā)表于《細(xì)胞》（Cell）期刊的子刊《細(xì)胞化學(xué)生物學(xué)》（Cell Chemical Biology），并被選為《細(xì)胞化學(xué)生物學(xué)》6月刊的封面文章。
腫瘤微環(huán)境葡萄糖代謝重編程通過(guò)O-GlcNAc糖基化修飾調(diào)控巨噬細(xì)胞命運(yùn)的全新機(jī)制
在該封面中，腫瘤微環(huán)境被設(shè)計(jì)為被血管網(wǎng)絡(luò)和基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)（藍(lán)紫色葉片）環(huán)繞的玻璃瓶，展現(xiàn)出結(jié)直腸癌、胰腺癌與乳腺癌（白色花朵）中的免疫逃逸現(xiàn)象。葡萄糖驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)O-GlcNAc糖基化修飾（方糖形狀），進(jìn)而調(diào)控單核細(xì)胞（紫色花朵）向促腫瘤型巨噬細(xì)胞發(fā)育（粉色花朵），并促進(jìn)腫瘤進(jìn)展（橙紅色繡球花）。CD8+ T細(xì)胞（綠色種子）難以浸潤(rùn)這片免疫荒漠化的微環(huán)境。該封面呈現(xiàn)了營(yíng)養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的翻譯后修飾如何改變腫瘤微環(huán)境——代謝流、髓系細(xì)胞可塑性與抗腫瘤免疫失效在此緊密交織。
尹航教授和陳興教授為論文共同通訊作者，尹航教授課題組2021級(jí)博士生章雨辰為論文第一作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家衛(wèi)健委基金、北京市自然科學(xué)基金、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心等的資助。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451945625001680?via%3Dihub=
供稿：藥學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
