4月19日，中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所）王紅艷研究組聯(lián)合上海大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和上海交通大學(xué)在國際學(xué)術(shù)期刊Immunity在線發(fā)表研究成果：“25-Hydroxycholesterol regulates lysosome AMP kinase activation and metabolic reprogramming to educate immunosuppressive macrophages”。該研究發(fā)現(xiàn)了抑炎巨噬細胞活化的關(guān)鍵膽固醇代謝酶CH25H及代謝物25-HC，為靶向巨噬細胞的腫瘤免疫治療提供了代謝新靶點，也為膽固醇代謝重編程調(diào)控天然免疫提供了新見解。
巨噬細胞響應(yīng)病原微生物感染，能分泌促炎細胞因子及干擾素等清除病原，也能響應(yīng)腫瘤微環(huán)境或細胞因子IL-4/IL-13的刺激，表達抑炎細胞因子和精氨酸酶（Arg1）以消耗微環(huán)境中的精氨酸，阻斷T細胞增殖和殺傷腫瘤的功能。膽固醇代謝物是細胞膜和細胞器膜的重要成分，能調(diào)控細胞增殖、遷移和炎癥等功能，膽固醇紊亂則與多種疾病相關(guān)。實驗室前期合作發(fā)現(xiàn)7-脫氫膽固醇積累能促進一型干擾素產(chǎn)生，這與膽固醇抑制干擾素的功能截然相反（Xiao et al., Immunity 2020）。膽固醇氧化生成25-羥基膽固醇(25-Hydroxycholesterol, 25-HC)，25-HC進一步氧化產(chǎn)生7a,25-羥膽固醇，均在自生免疫病SLE病人外周血中升高。7a,25-羥膽固醇通過結(jié)合和激活巨噬細胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體EBI2, 抑制多種趨化因子和炎癥因子的表達，減輕了SLE發(fā)?。?/span>Zhang et al., Adv Sci 2023）。但是并不清楚膽固醇代謝如何調(diào)控腫瘤相關(guān)巨噬細胞（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）的免疫抑制功能及分子機制。
研究團隊利用3種免疫抑制型巨噬細胞，包括細胞因子IL-4和IL-13刺激的M2型巨噬細胞、肝癌細胞系Hepa1-6條件性培養(yǎng)基孵育的巨噬細胞、實體腫瘤組織中分選的TAMs，篩選膽固醇代謝酶的表達水平，發(fā)現(xiàn)膽固醇25-羥化酶（cholesterol-25-hydroxylase, CH25H）均被誘導(dǎo)高表達。前人已經(jīng)證實感染促進CH25H高表達，將膽固醇氧化為25-HC，以阻斷病毒通過膜融合的方式入侵宿主細胞。本研究發(fā)現(xiàn)M2型巨噬細胞、TAMs及腫瘤組織中氧化固醇25-HC的水平升高。scRNA-seq分析已發(fā)表的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)多種實體腫瘤組織中MARCO+TAMs或LYVE1+TAMs高表達CH25H，且與腫瘤病人預(yù)后負相關(guān)。
進一步研究發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境中的乳酸能誘導(dǎo)Ch25h，以及細胞因子IL-4/IL-13通過轉(zhuǎn)錄因子STAT6調(diào)控Ch25h轉(zhuǎn)錄。累積的25-HC在巨噬細胞溶酶體聚集，并與膽固醇競爭結(jié)合溶酶體定位的信號蛋白GPR155，以抑制mTORC1活化。通過增強AMPKa活化，使得轉(zhuǎn)錄因子STAT6第564位絲氨酸磷酸化以增強STAT6的轉(zhuǎn)錄活性，最終促進巨噬細胞產(chǎn)生更多Arg1和抑炎因子。在巨噬細胞中敲除Ch25h能逆轉(zhuǎn)TAM的免疫抑制功能，阻斷多種皮下腫瘤的發(fā)展，并伴有腫瘤組織中增強的T細胞浸潤和活化及高表達免疫檢查點PD-1，因此anti-PD1單抗聯(lián)用能進一步增強抗腫瘤效果。
綜上所述，靶向膽固醇氧化酶CH25H促進了“冷腫瘤”向“熱腫瘤”轉(zhuǎn)變，并能聯(lián)合免疫檢查點以提高腫瘤免疫的療效。由于氧化固醇含量少，不穩(wěn)定，難以定量和定位。通過合作，研究團隊率先提出氧化固醇和膽固醇定位在溶酶體，相互制衡以調(diào)控巨噬細胞命運的概念，并將膽固醇氧化酶CH25H和氧化固醇25-HC，從感染領(lǐng)域拓展到腫瘤免疫治療領(lǐng)域。
分 子細胞卓越中心肖俊、國科大杭州高等研究院王爽和復(fù)旦大學(xué)陳龍龍為該論文共同第一作者。分子細胞卓越中心王紅艷研究員、上海大學(xué)魏濱教授、復(fù)旦大學(xué)唐惠儒教授和上海交通大學(xué)葉幼瓊研究員為該研究的共同通訊作者。感謝分子細胞卓越中心惠利健研究員和同濟大學(xué)附屬東方醫(yī)院胡淼等的大力合作。該項工作得到國家自然科學(xué)基金、科技部、上海市科委以及中國科學(xué)院的基金支持。該研究得到分子細胞卓越中心動物平臺、細胞平臺和分子平臺的大力支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2024.03.021
膽固醇氧化酶CH25H調(diào)控TAM免疫抑制功能的模式圖
