代謝重編程被認(rèn)為是腫瘤免疫治療中的一個關(guān)鍵過程。有研究表明，代謝物可以通過直接與信號蛋白相互作用或調(diào)節(jié)其翻譯后修飾來調(diào)節(jié)信號蛋白發(fā)揮作用。因此，除了提供能量和生物合成原料外，重組的代謝途徑還具有信號傳導(dǎo)作用，從而影響細(xì)胞的各種生命活動。然而，腫瘤的代謝重編程能否以及如何促進(jìn)其免疫逃逸仍有待研究。

2021年3月，來自天津醫(yī)科大學(xué)王霆研究團(tuán)隊和余秋景研究團(tuán)隊合作在?Nature Communications雜志上發(fā)表題為“The folate cycle enzyme MTHFD2 induces cancer immune evasion through PD-L1 up-regulation”的研究文章，該研究揭示了葉酸循環(huán)酶MTHFD2通過上調(diào)腫瘤細(xì)胞PD-L1的表達(dá)，促進(jìn)多種腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸。中科新生命為其提供了代謝組學(xué)技術(shù)服務(wù)。

?研究材料

人類SW1990細(xì)胞系、胰腺癌PDX小鼠模型（無胸腺裸鼠/C57）

?技術(shù)路線

步驟1：利用CRISPR篩選出使SW1990細(xì)胞系抵抗細(xì)胞毒性T細(xì)胞的代謝基因；
步驟2：轉(zhuǎn)錄組測序表明MTHFD2通過上調(diào)PD-L1的表達(dá)促進(jìn)腫瘤免疫逃逸；
步驟3：qPCR和WB表明MTHFD2由IFN-γ誘導(dǎo)并參與IFN-γ介導(dǎo)的PD-L1調(diào)節(jié)；
步驟4：代謝組學(xué)表明MTHFD2的代謝功能通過尿苷相關(guān)代謝物促進(jìn)蛋白質(zhì)PD-L1轉(zhuǎn)錄；
步驟5：蛋白質(zhì)O-GlcNAc糖基化介導(dǎo)MTHFD2和尿苷相關(guān)代謝物增強(qiáng)PD-L1轉(zhuǎn)錄；
步驟6：MTHFD2通過cMYC-GlcNAc糖基化促進(jìn)PD-L1轉(zhuǎn)錄；
步驟7：MTHFD2上調(diào)PD-L1是腫瘤發(fā)生所必需的。

?研究結(jié)果

1. 葉酸循環(huán)酶有助于腫瘤抵抗細(xì)胞毒性T細(xì)胞

研究人員使用CRISPR篩選技術(shù)鑒定滿足以下兩個標(biāo)準(zhǔn)的代謝基因：首先，它們在腫瘤發(fā)生過程中被上調(diào)；其次，它們促使腫瘤細(xì)胞抵抗效應(yīng)T細(xì)胞。最終獲得了胚胎中特異性表達(dá)的葉酸循環(huán)酶：亞甲基四氫葉酸脫氫酶2（MTHFD2）。利用siRNA敲降MTHFD2后，T細(xì)胞誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡顯著增加，此外，MTHFD2 也被報道在多種類型的人類腫瘤中表達(dá)。表明MTHFD2可能是一種癌癥治療的安全靶點。

2. MTHFD2通過上調(diào)PD-L1的表達(dá)促進(jìn)腫瘤免疫逃逸

為了探索 MTHFD2 在免疫逃避中的作用機(jī)制，對MTHFD2-KD SW1990細(xì)胞進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序，GSEA 分析顯示“免疫反應(yīng)”的基因集在 KD 癌細(xì)胞中富集。此外，PD-L1 mRNA和蛋白質(zhì)在MTHFD2 KD和KO的人類癌細(xì)胞系中減少，外源的MTHFD2共培養(yǎng)促進(jìn)了 PD-L1 mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)。這些數(shù)據(jù)表明MTHFD2主要通過上調(diào)PD-L1的表達(dá)保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受效應(yīng)T細(xì)胞的殺傷。

3. ?MTHFD2由IFN-γ誘導(dǎo)并參與IFN-γ介導(dǎo)的PD-L1調(diào)節(jié)

在腫瘤中，通常是淋巴細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子，例如IFN-γ，調(diào)控PD-L1維持顯著表達(dá)水平。為了確定MTHFD2是否也參與 IFN-γ 刺激的PD-L1表達(dá)，研究人員檢測了多種不同腫瘤細(xì)胞系中的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)IFN-γ誘導(dǎo)的PD-L1 mRNA和蛋白質(zhì)同樣被MTHFD2 KD抑制，且在這些腫瘤細(xì)胞中MTHFD2的表達(dá)受到IFN-γ的顯著促進(jìn)。表明是MTHFD2參與了IFN-γ誘導(dǎo)的PD-L1表達(dá)的初始過程。

4. MTHFD2的代謝功能通過尿苷相關(guān)代謝物促進(jìn)蛋白質(zhì)PD-L1轉(zhuǎn)錄

研究人員通過代謝組學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)，在MTHFD2耗盡的癌細(xì)胞中，很大一部分差異的代謝物是核苷或核苷衍生物；此外，觀察到絲氨酸積累和SAM減少。結(jié)果顯示，MTHFD2通過增強(qiáng)細(xì)胞UTP/UDP促進(jìn) PD-L1轉(zhuǎn)錄。

5. 蛋白質(zhì)O-GlcNAc糖基化介導(dǎo)MTHFD2和尿苷相關(guān)代謝物增強(qiáng)PD-L1轉(zhuǎn)錄

為了研究 UTP/UDP 如何介導(dǎo)這一過程，研究人員進(jìn)一步分析了所有與尿苷相關(guān)的代謝物，觀察到UDPGlcNAc，蛋白O-GlcNAc糖基化的底物，在KD細(xì)胞中被顯著抑制，并在外源性 UTP/UDP處理后水平恢復(fù)。這些數(shù)據(jù)表明蛋白質(zhì)O-GlcNAc糖基化介導(dǎo)MTHFD2增強(qiáng)PD-L1表達(dá)。

6. MTHFD2通過cMYC-GlcNAc糖基化促進(jìn)PD-L1轉(zhuǎn)錄

為了確定哪些糖基化修飾蛋白有助于PD-L1 轉(zhuǎn)錄，研究人員在轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中進(jìn)一步分析了可能在功能上受MTHFD2-KD影響的轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子cMYC的轉(zhuǎn)錄活性在MTHFD2-KD癌細(xì)胞中受到抑制。數(shù)據(jù)表明?cMYC作用于MTHFD2/UTP/UDP的下游并有助于PD-L1 轉(zhuǎn)錄。

7. MTHFD2上調(diào)PD-L1是腫瘤發(fā)生所必需的

為了進(jìn)一步探索MTHFD2在體內(nèi)腫瘤發(fā)展中的作用，研究人員構(gòu)建了胰腺癌PDX模型。觀察到shMTHFD2對腫瘤生長的抑制和PD-L1表達(dá)在 C57小鼠中被顯著逆轉(zhuǎn)。表明MTHFD2的PD-L1上調(diào)作用是腫瘤發(fā)展所必需的。

小編小結(jié)

腫瘤細(xì)胞必須適應(yīng)不斷變化的微環(huán)境，這些微環(huán)境不僅含有營養(yǎng)物質(zhì)，還含有免疫細(xì)胞。本項研究揭示了MTHFD2通過促進(jìn)PD-L1表達(dá)，驅(qū)動葉酸循環(huán)以維持足夠的尿苷相關(guān)代謝物從而提升細(xì)胞整體蛋白質(zhì)O-GlcNAc修飾，介導(dǎo)腫瘤的免疫逃逸。而在正常體細(xì)胞中葉酸循環(huán)是以MTHFD2L發(fā)揮相應(yīng)功能，提示MTHFD2可能成為腫瘤免疫治療中更安全的靶點。