Nat Genet | 中南大学团队揭示PD-L1琥珀酰化介导肿瘤免疫新机制

摘要：在肿瘤免疫治疗中，免疫检查点抑制剂（如抗PD-1/PD-L1单抗）为癌症治疗带来了革命性的突破，但其反应率仍不理想，仅有约15% - 25%的患者表现出积极反应，且约三分之一的初始响应者会复发。因此，识别预测生物标志物和肿瘤抵抗机制对于提高疗效至关重要。

在肿瘤免疫治疗中，免疫检查点抑制剂（如抗PD-1/PD-L1单抗）为癌症治疗带来了革命性的突破，但其反应率仍不理想，仅有约15% - 25%的患者表现出积极反应，且约三分之一的初始响应者会复发。因此，识别预测生物标志物和肿瘤抵抗机制对于提高疗效至关重要。

传统研究多聚焦于PD-L1的转录调控，但其蛋白稳定性机制长期未明。近年来，研究发现肿瘤代谢产物（如乳酸）可通过影响免疫微环境影响肿瘤免疫反应。此外，线粒体代谢产物（如琥珀酸、乙酰辅酶A）还可通过蛋白质翻译后修饰（PTMs）（如琥珀酰化、乙酰化）等调节蛋白质功能，进而影响肿瘤免疫。因此，研究线粒体代谢产物如何通过翻译后修饰调控肿瘤免疫，成为破解耐药的关键突破口。

3月11日，中南大学陈翔教授、刘洪教授、刘静教授团队联合在国际知名权威期刊Nature Genetics（IF=31.7）上在线发表了题为“Alterations in PD-L1 succinylation shape anti-tumor immune responses in melanoma”的最新研究成果，首次揭示了琥珀酰化修饰是PD-L1降解的重要“分子开关”，进而影响肿瘤免疫。

研究首次揭示了琥珀酰辅酶A通过调控PD-L1 K129位点的琥珀酰化，促进其降解，从而增强CD8+ T细胞的细胞毒性。线粒体代谢酶CPT1A是调控PD-L1的琥珀酰转移酶，其与抗CTLA-4单克隆抗体协同可抑制肿瘤生长，为开发新的免疫治疗靶点和预测生物标志物提供了理论基础。景杰生物为该研究提供了琥珀酰化修饰泛抗体。

图1 本研究核心机制图

线粒体代谢产物调控抗肿瘤免疫

对接受免疫治疗的黑色素瘤患者蛋白质组学数据的分析显示，三羧酸循环（TCA cycle）和氧化磷酸化（OXPHOS）相关酶的高表达，与更好的免疫治疗反应和预后相关。这些酶在免疫治疗响应者中表达更高，且与免疫细胞浸润和激活的CD8+ T细胞呈正相关，提示线粒体代谢与抗肿瘤免疫之间存在联系。

小鼠实验进一步证实，线粒体代谢通过影响肿瘤细胞的代谢状态来增强抗肿瘤免疫反应。补充α-酮戊二酸（AKG）类似物（DMK）和琥珀酸类似物（DES），能够改善肿瘤中CD8+ T细胞的浸润，抑制肿瘤生长并延长生存时间。且这些代谢物的补充会导致细胞内琥珀酰辅酶A水平的上升，改善抗肿瘤免疫反应。抑制琥珀酰辅酶A合成路径就会使抑癌作用消失。表明细胞内琥珀酰辅酶A升高增强了T细胞介导的抗肿瘤免疫。

图2 线粒体代谢通过影响琥珀酰辅酶A提升抗肿瘤免疫

PD-L1琥珀酰化调控肿瘤免疫

通过分析CCLE数据库中的蛋白质组学数据，研究发现PD-L1水平与琥珀酰辅酶A的产生呈负相关。当琥珀酰辅酶A水平升高时，肿瘤细胞中的PD-L1蛋白水平显著下降。并且这种下降并非通过转录水平调控，而是通过蛋白降解实现的，这提示琥珀酰辅酶A通过蛋白质翻译后修饰加速PD-L1的降解。

琥珀酰辅酶A是蛋白质琥珀酰化的供体。研究人员先通过景杰生物提供的琥珀酰化修饰泛抗体证实，DES或DMK处理后PD-L1琥珀酰化水平升高。进一步质谱鉴定和验证发现，K129位是PD-L1关键的琥珀酰化修饰位点。琥珀酰辅酶A调控PD-L1 K129位点的琥珀酰化修饰，从而改变PD-L1的结构和稳定性，促使其通过内体-溶酶体途径发生降解。这一过程显著减少了PD-L1在细胞膜上的表达，从而增强了CD8+ T细胞的细胞毒性。

图3 PD-L1 K129位点的琥珀酰化诱导其降解

CPT1A作为琥珀酰转移酶，介导PD-L1的琥珀酰化

进一步的，研究通过互作蛋白鉴定、细胞共定位等实验鉴定到肉毒碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）是PD-L1的互作蛋白。敲低或抑制CPT1A会使PD-L1表达升高，而过表达CPT1A则降低PD-L1水平，且呈剂量依赖性。机制上，CPT1A作为琥珀酰转移酶可催化PD-L1第129位赖氨酸（K129）发生琥珀酰化修饰，诱导PD-L1经晚期内体-溶酶体途径降解。基因编辑实验证实，K129R突变可抵抗降解，而K129E突变（模拟琥珀酰化）使PD-L1半衰期显著缩短。

在功能上，CPT1A的变化影响T细胞介导的肿瘤细胞杀伤能力，其过表达能够显著增加PD-L1的琥珀酰化水平，促进其降解，进而增强T细胞介导的抗肿瘤免疫反应增强杀伤作用，相反，CPT1A的敲低或抑制则会增加PD-L1的蛋白水平，抑制T细胞的细胞毒性。CPT1A作为兼具代谢与免疫双重调控功能的关键酶，为逆转免疫治疗耐药提供了新靶点。

图4 CPT1A介导PD-L1的琥珀酰化

CPT1A活化剂联合免疫治疗抗黑色素瘤

最后，研究通过临床分析验证了CPT1A在免疫治疗中的重大潜力。研究发现黑色素瘤患者肿瘤组织中，CPT1A和PD-L1的表达水平与抗PD-1单克隆抗体治疗的反应密切相关。低CPT1A表达且高PD-L1表达的患者对治疗的反应更好，提示CPT1A和PD-L1可作为预测抗PD-1治疗效果的潜在生物标志物。

在临床前模型中，研究发现，CPT1A活化剂苯扎贝特（Bezafibrate，能激活PPAR/PGC1α通路提高CPT1A表达）与抗CTLA-4单克隆抗体联合使用时，能更有效地抑制肿瘤生长并延长生存期。表明苯扎贝特作为免疫治疗增敏剂，有望为晚期黑色素瘤患者带来更安全、可及的联合治疗方案。

图5 CPT1A水平与PD-1 mAb在黑色素瘤中的疗效相关

综上所述，本文从PD-1琥珀酰化的角度，阐明了线粒体代谢在肿瘤免疫中的作用。研究发现，提高琥珀酰辅酶A的水平可增强CD8+ T细胞介导的肿瘤消除。机制上，CPT1A作为关键的琥珀酰转移酶，可催化PD-L1第129位赖氨酸（K129）发生琥珀酰化修饰，诱导PD-L1经晚期内体-溶酶体途径降解，增强抗肿瘤活性。此外，研究提出并验证了CPT1A和PD-L1作为诊断标志物的潜力，为开发新型免疫治疗策略提供了理论依据。

景杰评述

本研究系统地解析了琥珀酰辅酶A如何通过PD-L1的翻译后修饰影响肿瘤免疫逃逸机制，同时也首次揭示了线粒体代谢酶CPT1A通过琥珀酰化修饰调控PD-L1蛋白降解的关键核心机制，建立了线粒体代谢和肿瘤免疫之间的联系，为肿瘤代谢与免疫治疗联合策略的开发提供了重要的理论依据。

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