Cancer Cell｜中山大学苏士成团队发现N-乙酰天冬氨酸在抗肿瘤免疫中的直接作用靶点

分类：科学前沿发布时间：2024-12-20 16:12:54

近期林圣彩院士团队在Nature杂志同期背靠背发表了两篇研究论文，发现了石胆酸（Lithocholic acid，LCA）能够延长线虫和果蝇的寿命，并揭示了石胆酸发挥抗衰和延寿作用的分子机制，这一研究让代谢物靶点研究再上热搜！

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近期林圣彩院士团队在Nature杂志同期背靠背发表了两篇研究论文，发现了石胆酸（Lithocholic acid，LCA）能够延长线虫和果蝇的寿命，并揭示了石胆酸发挥抗衰和延寿作用的分子机制，这一研究让代谢物靶点研究再上热门！

代谢物与靶点的相互作用是生命系统中复杂分子网络的一部分，研究这一领域有助于揭示生命过程中不同层次（分子、细胞、组织、器官）之间的相互关系和调控机制。通过整合代谢物靶点研究与其他生物学领域（如基因组学、蛋白质组学、表观遗传学）的知识，可以构建更全面的生物学模型，加深对生命本质的理解，推动生命科学领域的整体发展。研究代谢物直接结合的靶点也有助于揭示疾病机制、开发精准治疗方法、推动药物研发创新以及拓展基础研究领域等。在癌症研究中，肿瘤代谢重编程对肿瘤耐药起到非常关键的作用。例如乳腺癌患者对免疫治疗的反应较差，肿瘤代谢在其中的作用机制并不清楚。中山大学苏士成、陆艺文等研究团队在Cancer Cell 上发表研究论文“Tumor cells impair immunological synapse formation via central nervous system-enriched metabolite”，探究了乳腺癌抵抗联合治疗的机制。发现了肿瘤细胞通过表达乙酰转移酶NAT8L合成N-乙酰天冬氨酸（NAA），损害免疫细胞的免疫突触形成，从而逃避抗肿瘤免疫。

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研究结果

1.NAT8L在乳腺癌细胞中的表达与临床预后相关

多组学分析发现NAT8L和NAA在耐药肿瘤中高表达：对HER2+乳腺癌患者治疗前的肿瘤活检样本进行转录组和代谢组学分析，发现中枢神经系统富集的乙酰转移酶NAT8L及其代谢产物N-乙酰天冬氨酸（NAA）在耐药肿瘤中显著高表达（图1A）。

NAT8L高表达与乳腺癌患者预后不良相关：NAT8L在乳腺癌细胞中高表达，且与患者的无病生存期和总生存期缩短相关，在不同亚型乳腺癌中均有体现（图1B）。

2.NAT8L抑制NK细胞和 CD8+T细胞介导的抗肿瘤免疫

Nat8l基因敲除抑制肿瘤生长：在小鼠乳腺癌细胞系中敲除Nat8l，细胞增殖和化疗诱导的凋亡未受显著影响，但在免疫功能正常小鼠中显著抑制肿瘤生长，在免疫缺陷小鼠中无影响，表明Nat8l介导肿瘤细胞免疫逃逸（图1C）。

NAT8L抑制免疫细胞功能：敲除Nat8l增强了抗PD-L1治疗效果，增加了肿瘤浸润的NK细胞和CD8+T细胞数量，但不影响其浸润程度；NAT8L缺失的肿瘤细胞对NK细胞和CD8+T细胞介导的细胞毒性更敏感，过表达则抑制其细胞毒性（图1C）。

3.NAT8L 通过 NAA 抑制抗肿瘤免疫反应

NAA抑制NK细胞毒性：NAT8L主要功能是合成NAA，NAA而非NAAG以浓度依赖方式抑制NK细胞毒性（图1D）。表达相关性分析揭示了乳腺癌组织中NAA水平高于正常组织且与NAT8L表达正相关，肿瘤细胞NAT8L表达水平与对NK细胞杀伤的敏感性相关。研究也发现了NAA可由肿瘤细胞通过转运蛋白SLC13A3主动分泌，抑制SLC13A3可降低NAA分泌并增强免疫治疗效果。

NAA抑制免疫突触形成相关过程：NAA处理不影响NK细胞增殖和凋亡，但降低CD107a表达，抑制NK细胞和CD8+T细胞的细胞毒性及免疫突触形成，减少穿孔素极化，影响细胞骨架和粘附蛋白聚集，电镜观察发现NAA使NK细胞与肿瘤细胞接触部位膜形态改变、溶酶体颗粒分布异常（图1E）。

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图1 NAT8L通过NAA发挥抗肿瘤免疫作用

4.NAA通过作用靶点lamin A发挥作用

NAA通过影响laminA-K542乙酰化抑制免疫突触形成：DARTS分析发现NAA结合免疫突触形成不可或缺的蛋白lamin A（图2A-D）。NA可以促进 lamin A的K542乙酰化，K542位点突变可挽救NAA对免疫突触形成和细胞毒性的抑制作用（图2E-F）。临床样本中肿瘤细胞NAT8L水平也与免疫细胞 lamin A-K542乙酰化水平正相关，体内实验也证实了相关结果。

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图2 NAA靶点鉴定分析

NAA诱导lamin A-K542乙酰化的机制：研究发现了NAA促进lamin A的K542乙酰化，抑制其与SUN2蛋白结合从而抑制免疫突触形成（图3A）。机制上，NAA不通过乙酰辅酶A来源诱导lamin A-K542乙酰化，而是通过促进其与乙酰转移酶PCAF结合，增强两者相互作用（图3B）。PCAF敲除可减少NAA诱导的lamin A-K542乙酰化及对免疫突触形成和细胞毒性的抑制作用。NAA 直接结合lamin A的C末端结构域并与PCAF相互作用（图3C-D）。

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图 3 NAA诱导靶点lamin A乙酰化的机制

总结与讨论

这项研究发现了肿瘤细胞利用NAT8L合成的NAA，损害免疫突触形成，抑制免疫细胞的抗肿瘤活性，实现免疫逃逸，从而在体内更易于生长、增殖和转移。代谢物NAA损害免疫突触形成的具体机制涉及多个步骤和分子间的相互作用，其中最重要的是NAA直接结合的作用靶点lamin A。通过靶点的发现了NAA作用的具体机制才可澄清。

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