《细胞-代谢》：关键促癌细胞的“阿喀琉斯之踵”找到了，Xin Lu团队揭示增强免疫疗法的新途径

▎药明康德内容团队编辑

癌症转移是乳腺癌主要的死亡与发病因素，近年来，免疫检查点阻断药物（atezolizumab 和 pembrolizuma）与化疗药物联用的组合疗法，已经被批准用于治疗PD-L1阳性的转移性三阴性乳腺癌患者。不过，能从免疫治疗中获益的患者仍旧有限，大量患者面临着耐药性的难题。

其中，肿瘤浸润中性粒细胞（tumor-infiltrating neutrophils，TIN）是阻碍免疫疗法奏效的重要原因。作为循环系统中含量最高的白细胞，中性粒细胞是机体遭受感染时的第一道防线。相比之下，中性粒细胞在肿瘤中的角色更加复杂：它们在疾病早期具有抗肿瘤活性；但在癌症发展过程中，TIN在肿瘤微环境中大量富集，它们通过抑制效应T细胞与自然杀伤细胞，让免疫疗法失效，从而促进癌症发展与转移。

因此，TIN被看作提升免疫疗法的潜在靶点。如何找到TIN的“阿喀琉斯之踵”，实现特异性靶向治疗，成为近几年肿瘤免疫研究的热点之一。其中一种策略是发现在TIN中独特表达且功能必需的治疗靶点。

近日，美国圣母大学的Xin Lu团队在《细胞-代谢》（Cell Metabolism）杂志发表研究论文，找到了TIN中上调程度最高的酶编码基因——乌头酸脱羧酶1（Acod1）。在动物模型中，Acod1的敲除显著提高了免疫检查点阻断药物（ICB）治疗转移性乳腺癌的效果。这些发现揭示Acod1有望成为TIN的重要生物标志物和治疗靶点。同时，研究发现了TIN通过逃避铁死亡实现免疫抑制的机制，为开发铁死亡诱导剂作为潜在癌症治疗策略提供了理论支持。

在最新论文中，研究团队首先在病人和小鼠乳腺癌病灶组织中验证，TIN在转移肺中的含量远高于原发肿瘤，并且TIN相对于外周血中的中性粒细胞表达更高的免疫抑制分子。通过单细胞测序，研究团队识别出TIN 特有的基因表达变化。在一系列的差异表达基因中，乌头酸脱羧酶 1 (Acod1) 是上调最显著的酶编码基因。Acod1可以催化顺乌头酸（三羧酸循环的中间体）到衣康酸（Itaconate）的反应。衣康酸具有全面的抗炎作用，并发挥免疫抑制等活性。然而，大多数关于Acod1和衣康酸的研究都集中在巨噬细胞上，Acod1在TIN中的功能尚不清楚。

为研究Acod1在乳腺癌TIN中的功能，研究人员利用Acod1基因敲除小鼠，设计了将原位肿瘤和肺转移结合的乳腺癌模型。结果，Acod1敲除与否并不影响原位肿瘤的生长，但在后期的肺转移中，Acod1敲除的小鼠肺转移较慢，存活周期也显著延长。这表明Acod1在促进乳腺癌肺转移中起到了重要的作用。

接下来，研究人员发现Acod1被敲除时，中性粒细胞促进癌转移的能力下降，进一步验证了Acod1是通过影响中性粒细胞来发挥作用的。

为研究Acod1在肿瘤微环境中的上调机制，研究团队对中性粒细胞进行了体外基因编辑，分别敲除了多个细胞因子，结果只有肿瘤分泌的粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）显著上调了Acod1。随后，研究团队进一步找出了GM-CSF参与的信号通路。GM-CSF与受体结合后，激活JAK-STAT通路（尤其是中性粒细胞中的STAT5），进而驱动转录因子CCAAT/增强子结合蛋白β（C/EBPβ）的表达。由此，通过这条GM-CSF-JAK/STAT5-C/EBPβ信号通路，Acod1的表达得到了提升。

▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）

与正常中性粒细胞相比，肺转移瘤中的中性粒细胞表现出较高的活性氧 (ROS) 产生。ROS 在引起免疫抑制的同时，对于诱导中性粒细胞死亡至关重要。铁死亡（ferroptosis）是由过多的 ROS产生和脂质过氧化引发的铁依赖性细胞死亡。肿瘤微环境中的癌细胞和免疫细胞都可能发生铁死亡。基于 Acod1 缺失的 TIN 具有较高的脂质 ROS 和较低的活力，团队人员猜想，Acod1缺失诱发了TIN的铁死亡。

在接下来的实验中，这一猜想得到了验证。经过铁死亡抑制剂处理后，Acod1敲除小鼠的肺转移和TIN丰度恢复至与野生小鼠相当的水平，这说明Acod1通过抵抗铁死亡来维持TIN的活性，进而促进小鼠乳腺癌转移。

前文提到，Acod1作为催化剂促进了衣康酸的生成。科学家们已经知道，巨噬细胞中的衣康酸可以激活 Nrf2，后者是氧化还原平衡的关键调节剂和抗氧化防御的主要转录因子。为了检验Nrf2在TIN中的作用，研究团队对肺转移小鼠使用Nrf2抑制剂，此时无论Acod1是否被敲除，TIN中抗氧化基因的表达一致。这表明Acod1通过激活Nrf2依赖性抗氧化反应来减轻脂质过氧化，从而拯救TIN免于铁死亡。

至此，研究团队指明了Acod1的敲除减少TIN浸润、限制肿瘤转移的机制。基于这一机制，研究还提出了通过靶向中性粒细胞Acod1来提高免疫疗法疗效的方法。对肺转移小鼠模型的研究显示，ICB治疗与Acod1敲除组合时，小鼠的存活时间相比于单独敲除Acod1或使用ICB延长更为显著。免疫表型分析也表明，Acod1 缺失和 ICB 组合可最大程度地降低肺部TIN密度。ICB处理的Acod1敲除实验组表现出最有利的抗肿瘤T细胞环境。

同时，铁死亡抑制剂加速了ICB 处理的带有肺转移的小鼠死亡。这表明中性粒细胞的Acod1 敲除能够通过上调中性粒细胞铁死亡来降低这些免疫抑制细胞的活性和比例，从而提高了ICB的治疗效果。

▲靶向Acod1降低免疫抑制性中性粒细胞，来提高ICB治疗癌症转移的疗效（图片来源：参考资料[1]）

综上，本研究提供了全新的策略，通过靶向Acod1来降低TIN的免疫抑制效果并增强免疫治疗的效果。这一发现对于提高免疫治疗的疗效，特别是在乳腺癌等肿瘤中，具有重要的临床意义。

封面图来源：123RF

参考资料：

[1] Zhao et al, Neutrophils resist ferroptosis and promote breast cancer metastasis through aconitate decarboxylase 1. Cell Metabolism (2023). DOI: 10.1016/j.cmet.2023.09.004