2024-12-03
2024年11月21日，四川大學華西醫院在轉化醫學頂級期刊Cell Metabolism（IF27.7）上發表了題為Dual impacts of serine/glycine-free diet in enhancing antitumor immunity and promoting evasion via PD-L1 lactylation的研究成果，該研究運用多組學檢測技術系統性揭示了無絲氨酸/甘氨酸飲食通過代謝調控、腫瘤微環境改變和免疫逃逸機制對結直腸癌的影響，并為免疫治療提供了新的聯合治療策略。本研究中乳(ru)酸(suan)(suan)化修(xiu)飾鑒(jian)定、靶(ba)向氨基酸(suan)(suan)代謝(xie)組(zu)、靶(ba)向有機酸(suan)(suan)代謝(xie)組(zu)和單(dan)細(xi)胞TCR檢測及部分(fen)分(fen)析工作由上海派(pai)森(sen)諾(nuo)生物(wu)科技股份有限公司完(wan)成。
PART.1、研究背景
直腸癌(ai)（CRC）作為全球第三大常見癌癥，具有較高的發病率和死亡率。盡管程序性死亡受體1（PD-1）抑制劑等免疫檢查點抑制劑對部分缺失錯配修復的CRC患者有效，但超過85%的具備錯配修復功能的患者對免疫治療反應不佳，主要原因在于腫瘤微環境缺乏足夠的免疫細胞浸潤。此外，癌細胞高度依賴外源性絲氨酸和甘氨酸等氨基酸以支持其生長和代謝，這一特性為飲食調控提供了可能的治療策略。然而，限制氨基酸攝取對腫瘤代謝、免疫微環境以及免疫逃逸機制的影響尚不明確。本研究以無絲(si)氨(an)酸/甘氨(an)酸飲食（-SG飲食）為模型，探索其在抑制腫瘤生長、調控免疫反應及其潛在臨床應用中的作用和機制。
PART.2、技術路線
PART.3、研(yan)究結(jie)果(guo)
1.-SG飲(yin)食抑(yi)制(zhi)結直腸(chang)癌(ai)生長并(bing)促進腫(zhong)瘤細胞死亡
通(tong)過(guo)在(zai)(zai)小(xiao)鼠模型中(zhong)(zhong)限(xian)制(zhi)飲(yin)食中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)絲氨酸(suan)和甘氨酸(suan)，研究發(fa)現-SG 飲(yin)食顯(xian)(xian)著阻礙(ai)了CT26細胞(bao)在(zai)(zai)BALB/c小(xiao)鼠體(ti)內的(de)(de)(de)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)生長。此(ci)外，通(tong)過(guo)HE染色和末端脫氧核糖核酸(suan)轉移酶介導的(de)(de)(de)dUTP缺口末端標記(ji)染色，觀(guan)察(cha)到-SG 飲(yin)食組的(de)(de)(de)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)顯(xian)(xian)示出更大(da)的(de)(de)(de)壞死區域(yu)和更高(gao)水平的(de)(de)(de)凋(diao)亡(wang)。免疫組化檢測顯(xian)(xian)示，與(yu)對(dui)照組相(xiang)比(bi)，-SG組的(de)(de)(de)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)組織中(zhong)(zhong)鈣網蛋(dan)白(bai)和高(gao)遷(qian)移率族蛋(dan)白(bai)盒1的(de)(de)(de)表(biao)(biao)達顯(xian)(xian)著增(zeng)加，這(zhe)(zhe)表(biao)(biao)明(ming)-SG可能通(tong)過(guo)誘(you)導免疫原性(xing)細胞(bao)死亡(wang)來(lai)抑制(zhi)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)的(de)(de)(de)發(fa)生和進(jin)展(zhan)。這(zhe)(zhe)些發(fa)現為-SG飲(yin)食在(zai)(zai)調節系統免疫和治(zhi)療(liao)實(shi)體(ti)瘤(liu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)潛在(zai)(zai)治(zhi)療(liao)價值提(ti)供了有力證據。
無絲氨(an)酸/甘氨(an)酸飲食抑制結直腸癌生長并誘(you)導免(mian)疫原(yuan)性細胞死亡
2.單(dan)細胞TCR測序（scTCR-seq）
通(tong)過單細(xi)(xi)胞(bao)(bao)T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)受(shou)體測序（scTCR-seq）分析(xi)揭示(shi)(shi)了無絲氨(an)酸/甘氨(an)酸飲食對(dui)(dui)腫瘤(liu)微環境中T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)受(shou)體（TCR）多(duo)(duo)樣(yang)(yang)性和(he)特異(yi)(yi)性的影響。-SG組的T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)顯示(shi)(shi)出更(geng)長(chang)的CDR3序列(lie)長(chang)度，以及對(dui)(dui)特定V和(he)J基因片(pian)段的使(shi)用偏好，這(zhe)表(biao)明(ming)了T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)對(dui)(dui)腫瘤(liu)抗(kang)原具有更(geng)高的識別和(he)反(fan)應能(neng)力(li)。此外，-SG 飲食還導致了T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)克隆型擴展的增(zeng)加，表(biao)明(ming)T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)對(dui)(dui)腫瘤(liu)的反(fan)應更(geng)加活(huo)躍(yue)和(he)多(duo)(duo)樣(yang)(yang)化。這(zhe)些結果(guo)表(biao)明(ming)，-SG飲食通(tong)過增(zeng)強T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)的抗(kang)原特異(yi)(yi)性和(he)多(duo)(duo)樣(yang)(yang)性，促(cu)進了對(dui)(dui)腫瘤(liu)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)的免疫(yi)反(fan)應。
無絲氨酸(suan)/甘氨酸(suan)飲食后T細胞TCR多樣性的改變
3.PD-L1的(de)乳酸化有(you)助于延緩腫瘤(liu)PD-L1的(de)降解
為了(le)(le)(le)進(jin)(jin)一步研(yan)究PD-L1乳酸化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)機制及其(qi)對腫(zhong)(zhong)瘤(liu)細(xi)胞的(de)影響，我們通(tong)過WB檢測(ce)了(le)(le)(le)一些(xie)關鍵酶。此(ci)外，我們使(shi)用靶向有機酸代謝組學分(fen)析(xi)了(le)(le)(le)CT26腫(zhong)(zhong)瘤(liu)細(xi)胞小鼠的(de)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)勻漿和血清(qing)。通(tong)過免(mian)疫沉淀選擇性(xing)富集PD-L1，并通(tong)過質譜（MS）鑒定特異(yi)性(xing)乳酸化(hua)(hua)(hua)(hua)位點。結果(guo)表明(ming)-SG飲食激(ji)活HIF-1a，從(cong)而(er)增強腫(zhong)(zhong)瘤(liu)中的(de)糖酵解，進(jin)(jin)而(er)提(ti)高乳酸水平，促進(jin)(jin)酰基(ji)轉(zhuan)移酶GCN5的(de)高表達。為了(le)(le)(le)確認這些(xie)細(xi)胞成分(fen)在PD-L1降解中的(de)作用，并研(yan)究乳酸化(hua)(hua)(hua)(hua)對PD-L1運輸的(de)影響，我們抑(yi)制了(le)(le)(le)PD-L1的(de)乳酸化(hua)(hua)(hua)(hua)，并檢查了(le)(le)(le)其(qi)在不同(tong)亞(ya)細(xi)胞器中的(de)分(fen)布。這些(xie)一致(zhi)的(de)結果(guo)表明(ming)，PD-L1的(de)乳酸化(hua)(hua)(hua)(hua)通(tong)過溶酶體(ti)途徑阻止其(qi)降解。
PD-L1的乳(ru)酸化(hua)有助(zhu)于延緩(huan)腫瘤PD-L1的降解
4.無絲氨酸/甘氨酸飲食（-SG）在晚期實體瘤患者中的可行性(xing)、安全性(xing)評估
研(yan)究(jiu)者(zhe)首先(xian)通過記錄和統計患(huan)者(zhe)在接受(shou)-SG期(qi)間的(de)(de)(de)不良(liang)事件(jian)（AEs），發(fa)(fa)(fa)現(xian)主(zhu)要的(de)(de)(de)不良(liang)事件(jian)為(wei)(wei)胃腸道毒性，包括(kuo)腹瀉、惡心和脹(zhang)氣，這些癥狀大多(duo)數(shu)為(wei)(wei)1或2級，并且(qie)可(ke)以通過常規(gui)(gui)對(dui)癥治療(liao)(liao)有(you)效管(guan)理。此外(wai)，研(yan)究(jiu)者(zhe)還監(jian)測了患(huan)者(zhe)的(de)(de)(de)生理參數(shu)，如血液常規(gui)(gui)、肝腎功能(neng)，以及體質指數(shu)（BMI），發(fa)(fa)(fa)現(xian)這些指標(biao)在飲食周期(qi)結(jie)束后沒有(you)明(ming)顯變化。通過對(dui)比治療(liao)(liao)前后的(de)(de)(de)血清氨基(ji)酸(suan)濃度，發(fa)(fa)(fa)現(xian)-SG飲食能(neng)顯著(zhu)降低血清中絲氨酸(suan)和甘氨酸(suan)的(de)(de)(de)水平(ping)。研(yan)究(jiu)者(zhe)評(ping)估了SG diet對(dui)腫(zhong)瘤大小的(de)(de)(de)影響(xiang)，發(fa)(fa)(fa)現(xian)有(you)25%的(de)(de)(de)患(huan)者(zhe)達到了部分緩解（PR），65%的(de)(de)(de)患(huan)者(zhe)疾(ji)病(bing)穩定（SD），10%的(de)(de)(de)患(huan)者(zhe)疾(ji)病(bing)進展（PD），整體響(xiang)應率為(wei)(wei)25%，臨(lin)床受(shou)益率為(wei)(wei)90%。這些結(jie)果表明(ming)-SG飲食在晚期(qi)實體瘤患(huan)者(zhe)中是一種安全且(qie)可(ke)能(neng)有(you)效的(de)(de)(de)治療(liao)(liao)策略。
無絲氨酸/甘氨酸飲食的臨床研究
PART.4、文(wen)章(zhang)總(zong)結(jie)
本(ben)文研(yan)究了(le)(le)無絲氨(an)酸(suan)(suan)/甘氨(an)酸(suan)(suan)飲(yin)食(shi)對結(jie)直(zhi)腸(chang)癌(ai)（CRC）的(de)(de)(de)(de)雙重作用(yong)，發現(xian)-SG飲(yin)食(shi)不僅(jin)能(neng)(neng)通(tong)過限制腫(zhong)瘤(liu)(liu)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)對絲氨(an)酸(suan)(suan)和(he)甘氨(an)酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)吸收(shou)來抑制腫(zhong)瘤(liu)(liu)生長，增強抗腫(zhong)瘤(liu)(liu)免(mian)(mian)疫(yi)(yi)反應(ying)，尤其(qi)是通(tong)過促(cu)(cu)進(jin)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)毒(du)性T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)積累，還能(neng)(neng)通(tong)過誘(you)導腫(zhong)瘤(liu)(liu)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)程序性死(si)亡配體1（PD-L1）乳(ru)酸(suan)(suan)化(hua)，增強腫(zhong)瘤(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)免(mian)(mian)疫(yi)(yi)逃逸能(neng)(neng)力。此外，研(yan)究發現(xian)-SG飲(yin)食(shi)能(neng)(neng)夠增強CD8+ T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)活性和(he)抗原特(te)異(yi)性，但其(qi)促(cu)(cu)進(jin)PD-L1乳(ru)酸(suan)(suan)化(hua)可能(neng)(neng)導致(zhi)免(mian)(mian)疫(yi)(yi)療(liao)法效果降低。臨(lin)床(chuang)試(shi)驗結(jie)果表(biao)明，-SG飲(yin)食(shi)在(zai)(zai)晚期實(shi)體瘤(liu)(liu)患者中(zhong)是可行(xing)且(qie)安全的(de)(de)(de)(de)，能(neng)(neng)夠調(diao)節系統免(mian)(mian)疫(yi)(yi)，減少血清中(zhong)絲氨(an)酸(suan)(suan)和(he)甘氨(an)酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)水平，并提(ti)(ti)高CD4+和(he)CD8+ T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)功能(neng)(neng)，為將(jiang)-SG飲(yin)食(shi)與免(mian)(mian)疫(yi)(yi)療(liao)法結(jie)合使用(yong)提(ti)(ti)供了(le)(le)理(li)論基礎和(he)臨(lin)床(chuang)證據，展現(xian)了(le)(le)其(qi)在(zai)(zai)癌(ai)癥治療(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)潛在(zai)(zai)應(ying)用(yong)前景。
文章索引(yin)：Tong H, Jiang Z, Song L, et，al. Dual impacts of serine/glycine-free diet in enhancing antitumor immunity and promoting evasion via PD-L1 lactylation. Cell Metab. 2024 Nov 16:S1550-4131(24)00415-7.
doi: 10.1016/j.cmet.2024.10.019. Epub ahead of print. PMID: 39577415.
