IF 13.7｜吴德华/方媛/詹益芝团队揭示精胺代谢调控巨噬细胞极化进而介导肝细胞癌免疫逃逸机制

论文标题：Spermine synthase engages in macrophages M2 polarization to sabotage antitumor immunity in hepatocellular carcinoma

发表期刊：Cell Death & Differentiation（IF 13.7）

合作客户：南方医科大学南方医院吴德华/方媛/詹益芝团队

· 维真助力 - 慢病毒 ·

研究背景

肝细胞癌（HCC）是一种高度恶性的肿瘤，由于抑制性肿瘤微环境（TME），免疫疗法对HCC的疗效仍然有限。肿瘤细胞代谢的紊乱会重塑TME并损害抗肿瘤免疫，但其机制尚不明确。南方医科大学南方医院吴德华/方媛/詹益芝团队在Cell Death & Differentiation（IF 13.7）上发表题为“Spermine synthase engages in macrophages M2 polarization to sabotage antitumor immunity in hepatocellular carcinoma”的文章。研究发现精胺通过激活PI3K-Akt-mTOR-S6K信号通路来重新编程TAMs，精胺抑制联合免疫检查点阻断可以有效地减轻体内肿瘤负担。

研究结果

1、SMS有助于HCC中的免疫抑制性TME

首先作者探究了HCC中与免疫抑制相关的关键代谢基因，利用数据库鉴定发现SMS是与HCC患者预后相关的显著代谢基因，与各种T细胞耗竭特征呈正相关。在HCC患者的组织样本中发现肿瘤中的SMS水平远高于邻近组织，此外，GEO数据库（GSE14520）的数据显示，SMS水平较高的HCC患者预后不佳。以上表明，SMS可能在HCC的发展中起着关键作用。为进一步探究SMS如何在HCC中发挥功能并重构免疫环境，作者在不同HCC细胞系中过表达SMS，但在体外实验和裸鼠体内肿瘤移植，并未能观察到SMS促进肿瘤细胞增殖。然而，在免疫功能正常的C57BL/6小鼠皮下种植小鼠Hepa 1-6细胞时，发现SMS过表达显著促进了肿瘤的发展，表明SMS可能参与调节TME。进一步分析发现SMS升高显著增加了小鼠巨噬细胞的比例，尤其是M2表型组，同时降低了CD8⁺T细胞的比例。进一步使用SMS过表达或敲除细胞建立了原位肝肿瘤，以更好地模拟肝脏微环境。除了达到与皮下肿瘤相似的结果外，作者还发现SMS过表达组的M1巨噬细胞和肿瘤效应CD8⁺T细胞减少，而SMS的敲除产生了完全相反的结果。以上表明，SMS可能主要通过调节巨噬细胞和CD8⁺T细胞在HCC中塑造免疫抑制性TME。

图1.SMS依赖于免疫微环境促进HCC的进展

2、精胺在SMS驱动的巨噬细胞M2极化中起着执行器的作用

为了研究SMS是否通过调节巨噬细胞发挥作用，作者在体内用氯膦酸二钠脂质体消除了巨噬细胞，发现巨噬细胞清除有效地挽救了SMS过表达的促瘤作用，同时恢复CD8⁺T细胞的效应特征。在体外肿瘤细胞培养上清液（TSN）中培养巨噬细胞，发现巨噬细胞倾向于M2表型，M1标志物的表达下降。同时，M2巨噬细胞产生的两种代表性趋化因子TGF-β和IL-10的浓度在巨噬细胞上清液中急剧升高。进一步研究发现SMS上调会促进精胺的产生和释放，靶向多胺代谢组学表明，巨噬细胞在SMS敲低的肿瘤细胞的TSN中培养后，精胺水平显著降低。为了分析精胺是否对巨噬细胞起作用，作者将外源性精胺应用于巨噬细胞，并观察到它可以以浓度依赖的方式刺激巨噬细胞向M2极化。此外，添加精胺可以有效地恢复与SMS缺陷型HCC细胞共培养的巨噬细胞的M2极化。体内原位肿瘤实验发现，添加精胺显著促进了肿瘤生长和巨噬细胞极化为M2表型，以上表明SMS主要通过其代谢产物精胺刺激巨噬细胞的M2极化。进一步研究发现SMS-精胺通过巨噬细胞引发CD8⁺T细胞功能障碍。

图2. 肿瘤细胞的SMS促进巨噬细胞极化为M2表型

3、阻断精胺使HCC对免疫治疗的反应更敏感

进一步研究发现SMS-精胺主要通过激活巨噬细胞内的PI3K-Akt-mTOR-S6K信号通路来激活M2极化。先前研究表明精胺通过刺激巨噬细胞的M2极化来重新编程TME，从而抑制CD8⁺T细胞功能，作者进一步探究了阻断精胺是否可以减轻免疫抑制性TME，并与体内免疫治疗具有协同作用。将多胺转运抑制剂AMXT-1501与或不与PD-1抑制剂（αPD-1）一起施用于具有不同SMS表达的Hepa 1-6细胞的原位肿瘤，虽然每种药物单独使用都能适度抑制原位肿瘤负荷，但AMXT-1501和PD-1抑制剂的联合使用导致SMS过表达肿瘤的最大肿瘤缩小。与单一疗法相比，协同作用也显著减弱了TAM的M2极化，并使TME中的效应CD8⁺T细胞恢复。以上结果在另外两种小鼠模型中也得到了验证，表明抑制精胺的产生或转运可能成为SMS过表达HCC免疫治疗的辅助方法。

图3.阻断精胺可增强抗PD-1治疗HCC的疗效

研究结论

本研究确定了SMS是一种关键的调节剂，主要通过其代谢产物精胺促进巨噬细胞M2表型来构建免疫抑制TME，阻断精胺可能是一种用于延缓HCC进展的有效策略。

本文使用的病毒载体由维真生物提供：慢病毒定制 · 载体构建