《Signal Transduction and Targeted Therapy》:Nuclear mitochondrial acetyl-CoA acetyltransferase 1 orchestrates natural killer cell-dependent antitumor immunity in colorectal cancer
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结直肠癌(CRC)免疫治疗效果不佳,肿瘤代谢对自然杀伤(NK)细胞影响不明。研究人员探究线粒体乙酰辅酶 A 乙酰转移酶 1(ACAT1)与 NK 细胞关系,发现核 ACAT1 促进 NK 细胞浸润和激活,抑制肿瘤生长,为 CRC 治疗提供新思路。
在癌症的世界里,结直肠癌(CRC)如同一个顽固的 “敌人”,它是全球第三大常见癌症,也是出了名的 “免疫低应答者”。约 85% 的 CRC 患者呈现微卫星稳定(MSS)表型,这使得肿瘤新抗原表达有限,CD8
+T 细胞难以识别肿瘤细胞,免疫细胞浸润不足,免疫治疗效果大打折扣。同时,NK 细胞作为免疫系统中的 “精锐部队”,在抗肿瘤免疫中本应发挥关键作用,但肿瘤代谢这个 “幕后黑手” 却在悄悄干扰着它,二者之间的关系一直是个未解之谜。在此背景下,为了找到改善 CRC 免疫治疗困境的方法,中山大学肿瘤防治中心等研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们聚焦于线粒体乙酰辅酶 A 乙酰转移酶 1(ACAT1),试图揭开它与 NK 细胞之间的神秘面纱。最终,研究成果发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》上,为 CRC 的治疗带来了新曙光。
研究人员开展这项研究时,运用了多种关键技术方法。在细胞实验方面,借助 CRISPR-Cas9 基因编辑技术构建了 ACAT1 敲除细胞系;通过质粒构建和慢病毒感染技术,实现了相关基因的过表达或突变体的表达。在动物实验中,建立了 BALB/c 小鼠、C57BL/6J 小鼠和 NOD - scid IL2Rgnull(NSG)小鼠的肿瘤模型,利用生物发光成像、流式细胞术等技术对肿瘤生长和免疫细胞浸润进行监测分析。此外,还整合了多组学数据分析,从临床样本队列(如 TCGA - COADREAD 队列)中挖掘 ACAT1 与 NK 细胞浸润的潜在关系。
研究结果主要从以下几个方面展开:
- ACAT1 促进细胞毒性 NK 细胞浸润抑制 CRC 生长:研究人员通过系统分析 CRC 患者的多组学和生存数据,发现 ACAT1 与肿瘤浸润 NK 细胞的丰度呈正相关。在多种小鼠肿瘤模型中,敲除 Acat1 后肿瘤生长加速,恢复 Acat1 表达则抑制肿瘤生长,且这种抑制作用依赖于免疫系统。进一步研究发现,ACAT1 可促进 NK 细胞相关细胞毒性基因的表达,增强 NK 细胞的招募和细胞毒性。
- 核 ACAT1 促使激活的 NK 细胞在肿瘤微环境(TME)中积累:研究观察到 ACAT1 不仅存在于线粒体,还存在于细胞核,且核 ACAT1 水平与 NK 细胞浸润正相关。构建带有不同信号标签的 ACAT1 突变体进行实验,结果表明核 ACAT1 而非线粒体 ACAT1 促进细胞毒性 NK 细胞的招募,抑制肿瘤生长,且核 ACAT1 的功能依赖其酶活性。
- 核 ACAT1 直接乙酰化 NFκB 亚基 p50 的 K146 位点:经免疫沉淀和质谱分析,发现核 ACAT1 与 NFκB1(包含 p105 和 p50 两种蛋白形式)中的 p50 相互作用并使其乙酰化。进一步确定 p50 的 K146 是 ACAT1 的乙酰化位点,该位点在哺乳动物和鸡中高度保守。
- p50 K146 乙酰化削弱 DNA 结合能力,促进 NK 细胞激活和浸润:p50 的 K146 位于其 DNA 结合域,乙酰化后 p50 与 DNA 的结合能力下降。RNA - seq 分析和体内实验表明,p50 K146 乙酰化可上调与 NK 细胞激活和招募相关基因的表达,促进肿瘤抑制。
- ACAT1 pS60 促进其核转位:研究发现 IL12 和 IL18 等细胞因子可促进 ACAT1 核转位,而营养缺乏则抑制其核转位。ACAT1 的核转位受丝氨酸磷酸化调控,S60 位点的磷酸化尤为关键。IL18 通过抑制蛋白磷酸酶 1A(PPM1A)对 ACAT1 S60 的去磷酸化作用,促进 ACAT1 与 importin α3 结合,从而促进核转位。
- ACAT1 pS60 促进 NK 细胞激活和招募:构建 Acat1 - KO CT26 细胞系并表达不同突变体进行实验,结果显示 ACAT1 pS60 可通过调节 p50 乙酰化,影响 p50 与 DNA 的结合,进而促进 NK 细胞激活和招募相关基因的表达,增强肿瘤浸润 NK 细胞的丰度,抑制肿瘤生长。
- ACAT1 pS60 水平在 CRC 中的临床相关性:对 CRC 患者肿瘤组织进行免疫荧光(IF)和免疫组化(IHC)分析发现,ACAT1 pS60 水平与核 ACAT1 水平、NK 细胞浸润呈正相关,与 PPM1A 水平呈负相关,且高 ACAT1 pS60 水平预示着 CRC 患者更好的总生存期。
研究结论表明,线粒体 ACAT1 通过磷酸化依赖的核功能促进 NK 细胞浸润和激活。核 ACAT1 直接乙酰化 p50 的 K146 位点,降低 p50 的 DNA 结合能力,减弱其转录抑制功能,促进 NK 细胞招募和激活。ACAT1 pS60 水平与 CRC 患者预后相关,可作为潜在的预后标志物。这项研究不仅揭示了 ACAT1 作为核蛋白乙酰转移酶的新功能,还为基于 NK 细胞的免疫疗法在 CRC 治疗中的应用提供了理论依据,有望为 CRC 患者带来新的治疗策略和希望,推动结直肠癌治疗领域的进一步发展。