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Nature Genetics | 中南大学首次揭示琥珀酰化修饰调控PD-L1与肿瘤免疫的新机制

发布时间：2025-05-14 15:33分类：综合浏览：41评论：0

导读：在肿瘤免疫治疗领域，免疫检查点抑制剂（如抗PD-1和抗PD-L1单克隆抗体）的问世是一个重大的进步。然而，这类疗法的有效率仍然有限，仅15%~25%的患者显示出显著疗效。更为棘手的...

在肿瘤免疫治疗领域，免疫检查点抑制剂（如抗PD-1和抗PD-L1单克隆抗体）的问世是一个重大的进步。然而，这类疗法的有效率仍然有限，仅15%~25%的患者显示出显著疗效。更为棘手的是，约三分之一起初有响应的患者后续仍会遭遇疾病复发问题。由此，寻找可靠的预测性生物标志物和深入解析肿瘤耐药机制显得尤为迫切。

目前，研究多聚焦于PD-L1的转录调控，但关于其蛋白稳定性调节的动态机制仍未明朗。事实上，线粒体代谢不仅参与能量生产，还通过蛋白翻译后修饰（如乙酰化、丙二酰化和琥珀酰化）来调节蛋白质功能。

在此背景下，2025年3月，来自中南大学的陈翔教授、刘洪教授、刘静教授团队在Nature Genetics发表了题为“Alterations in PD-L1 succinylation shape anti-tumor immune responses in melanoma”的研究论文，首次阐明了线粒体代谢酶CPT1A通过琥珀酰化修饰调控PD-L1蛋白降解的机制，并提出了利用CPT1A活化剂联合免疫治疗的新策略，为黑色素瘤精准治疗提供了潜在靶点。

线粒体代谢产物调控抗肿瘤免疫

为了探讨线粒体代谢在肿瘤免疫中的作用，研究团队分析了接受免疫治疗的黑色素瘤患者的蛋白质组学数据，发现三羧酸循环和氧化磷酸化相关酶的高表达与更好的免疫治疗反应和预后相关。研究进一步发现代谢物可以影响肿瘤生长和免疫细胞，在免疫健全小鼠中，给予α-酮戊二酸（AKG）和琥珀酸（succinate）可抑制黑色素瘤、结肠癌和肺癌的肿瘤生长，延长生存时间，增加肿瘤和血浆中琥珀酸和AKG水平，促进CD8+T细胞和活化的CD8+T细胞浸润。

利用空间转录组和单细胞转录组技术，研究揭示这些代谢物类似物主要直接作用于肿瘤细胞而非免疫细胞。在共培养实验中观察到，当肿瘤细胞中的琥珀酸和AKG水平提高时，可以显著增强T细胞介导的细胞毒性作用，从而有效地抑制肿瘤细胞的增殖。

图1 琥珀酰辅酶A影响抗肿瘤免疫

琥珀酰辅酶A调控PD-L1降解激活T细胞

在理解了琥珀酰辅酶A对肿瘤免疫反应的总体影响后，研究团队进一步探究其具体机制。研究人员开发了一种琥珀酰辅酶A评分系统，用于估计肿瘤细胞中琥珀酰辅酶A的含量。结果显示，免疫疗法无响应的患者中，琥珀酰辅酶A评分显著更高，且评分的升高与患者较差的生存结局密切相关。

实验表明，琥珀酰辅酶A水平的增加能够以剂量依赖的方式显著降低PD-L1蛋白水平，而对其他免疫检查点蛋白无明显影响。进一步的机制研究发现，琥珀酰辅酶A通过内质网-溶酶体途径促进PD-L1的降解，而非通过蛋白酶体途径或自噬途径。

这说明琥珀酰辅酶A在调节肿瘤细胞表面PD-L1水平方面具有特异性作用，从而增强了CTLs的抗肿瘤活性。

图2 琥珀酰-CoA通过降低肿瘤细胞PD-L1水平增强CTL活性

PD-L1第129位赖氨酸的琥珀酰化促使其降解

在前两部分研究中，已分别明晰了琥珀酰辅酶A对肿瘤免疫反应的总体影响，以及其通过降低PD-L1增强 T 细胞活性的机制。在此基础上，研究团队继续深挖PD-L1蛋白降解的具体分子机制。琥珀酰化是一种翻译后修饰，通过将琥珀酰辅酶A的琥珀酰基转移到蛋白质的赖氨酸残基上，从而改变蛋白质的结构和功能。通过质谱分析鉴定出PD-L1上的两个琥珀酰化位点Lys129和Lys136，其中Lys129位点的琥珀酰化主要受DES和DMK影响，该位点突变可影响PD-L1稳定性、膜定位及T细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。

在体内，过表达不同PD-L1突变体的细胞表现出不同的肿瘤生长速度，DES或DMK处理对野生型PD-L1细胞的肿瘤生长抑制作用明显，对突变体影响较小。这进一步证实了Lys129位点的琥珀化在PD-L1降解和肿瘤生长中的关键作用。

图3 PD-L1 Lys129的琥珀酰化诱导其降解

CPT1A介导PD-L1的琥珀酰化修饰

在明确PD-L1琥珀酰化导致其降解后，研究团队进一步探讨介导该修饰的关键酶。通过质谱，研究人员发现肉毒碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）与PD-L1相互作用，并作为PD-L1的琥珀基转移酶。CPT1A是一种已知的参与脂肪酸代谢的酶，但本研究揭示了其在PD-L1琥珀酰化中的新功能。

实验表明，CPT1A的表达增加可以促进PD-L1的琥珀酰化和降解，而CPT1A的敲低或抑制则导致PD-L1水平上升。此外，研究还发现CPT1A与PD-L1在细胞的多个部位（如细胞质、细胞膜、内质网和线粒体）相互作用，这表明CPT1A可能在多个细胞区域调节PD-L1的琥珀酰化。通过调节CPT1A的活性，可以有效地控制PD-L1的琥珀酰化水平，从而增强T细胞的抗肿瘤活性。

图4 CPT1A介导PD-L1的琥珀酰化

CPT1A水平上调与CTLA-4阻断疗法的协同增效

前述研究已表明，CPT1A通过调节PD-L1琥珀酰化影响肿瘤免疫反应。基于此发现，团队继续探究利用CPT1A在免疫治疗中的潜在应用价值。他们发现，使用苯扎贝特（BEZ）激活PPAR/PGC1α通路增加CPT1A表达，降低PD-L1水平，可以显著增强CTLA-4阻断疗法的抗肿瘤效果。CTLA-4是一种重要的免疫检查点蛋白，其阻断疗法已被证明可以激活T细胞，从而增强抗肿瘤免疫反应。

然而，单独使用CTLA-4阻断疗法的效果有限，许多患者无法从中获益。因此，研究团队尝试通过上调CPT1A的表达来增强CTLA-4阻断疗法的效果。结果表明，CPT1A的上调不仅降低了PD-L1的表达，还显著增强了T细胞的活性和抗肿瘤效果。这种协同作用在多种肿瘤模型中均得到了验证，显示出广阔的临床应用前景。

图5 上调CPT1A与CTLA-4阻断的协同效应

CPT1A水平与黑色素瘤中PD-1单抗疗效的相关性

在研究CPT1A对CTLA-4阻断疗法增效的基础上，团队进一步探索了CPT1A水平与PD-1单抗疗效的关系。PD-1单抗是一种广泛应用于黑色素瘤治疗的免疫检查点抑制剂，但其响应率较低，许多患者无法从中获益。因此，寻找能够预测PD-1单抗疗效的生物标志物是当前研究的热点之一。

研究团队通过对45例接受PD-1单抗治疗的黑色素瘤患者的肿瘤样本进行分析，发现CPT1A水平较低的患者对PD-1单抗治疗的反应更好，生存期更长。这一发现表明，CPT1A水平可以作为预测PD-1单抗疗效的潜在生物标志物。

图6 CPT1A水平与PD-1单克隆抗体在黑色素瘤中的疗效相关性

以PD-1/L1抑制剂为代表的免疫检查点阻断治疗是肿瘤免疫治疗的核心，翻译后修饰也是近年来研究的热点。本研究通过整合空间转录组学、bulk转录组学和蛋白质组学方法发现，黑色素瘤中OGDH、SCS和SDH的高表达与抗PD-1单抗免疫治疗的反应相关。这些酶降低了琥珀酰辅酶A水平，而升高的琥珀酰辅酶A则增强了PD-L1的琥珀酰化并促进其降解。CPT1A作为控制PD-L1琥珀酰化的琥珀酰转移酶，是黑色素瘤治疗的新靶点和预测抗PD-1单抗疗效的潜在生物标志物。低CPT1A和高PD-L1表达可预测黑色素瘤对该疗法的疗效。

图7 研究结论示意

中南大学的这项研究深入探讨了琥珀酰辅酶A通过影响PD-L1的翻译后修饰，进而调节肿瘤免疫逃逸的具体机制。研究首次揭示了线粒体代谢酶CPT1A在这一过程中扮演的关键角色，即通过琥珀酰化修饰调控PD-L1蛋白的降解过程。

这不仅建立了线粒体代谢与肿瘤免疫之间的直接联系，也为开发结合肿瘤代谢调节和免疫治疗的新策略提供了坚实的理论基础。这些发现为肿瘤免疫治疗提供了新的靶点及生物标志物，并提出了靶向PD-L1琥珀酰化以增强免疫治疗效果的新思路。

云舟生物（VectorBuilder）采用T2A序列连接PD-L1序列和UBB序列，为本研究提供了PD-L1-UB质粒的构建服务。

参考资料：

Liang L, Kuang X, He Y, et al. Alterations in PD-L1 succinylation shape anti-tumor immune responses in melanoma. Nat Genet. 2025;57(3):680-693. doi:10.1038/s41588-025-02077-6

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