肿瘤细胞中发生的代谢重编程（Metabolic reprogramming）可能会使肿瘤更适应微环境的改变，并发生免疫逃逸。越来越多的研究表明代谢改变与肿瘤的免疫逃逸之间存在密切的关系。

三阴性乳腺癌（Triple-negative breast cancer，TNBC）是一种特殊乳腺癌亚型，表现为肿瘤组织治疗靶点基因雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体2（Her-2）的缺失，即“三阴性”。由于TNBC的高异质性，临床上低浸润性的TNBC具有较强免疫治疗耐药性。由此来看，找到方法调节肿瘤免疫微环境是解决免疫逃逸、提高疗效的新方向。

2024年11月，复旦大学附属肿瘤医院柳光宇、江一舟、龚悦团队利用多组学联合的生物信息学分析方式，分析了大队列的TNBC多组学数据，并通过体内体外的功能验证，发现代谢酶二氢二醇脱氢酶（Dhdh）可能促进三阴性乳腺癌“冷肿瘤”表型，并揭示其相关的调节抗癌免疫的代谢机制：Dhdh介导底物D-木糖的合成及消耗，会抑制蛋白酶体亚基β9型（PSMB9）的激活，并进一步抑制PSMB9诱导的免疫反应激活。通过补充D-木糖，可有效促进CD8+ T细胞浸润和细胞毒性标志物的表达，并增加Dhdh过表达三阴乳腺癌对免疫检查点阻断 (ICB) 治疗的敏感性，为临床上D-木糖补充与ICB治疗联用提供了理论支持。

我司荣幸地参与了本研究中不同TNBC细胞系的非靶代谢组研究，发现 Dhdh-WT 组细胞中与免疫激活相关的物质D-木糖、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸水平降低。

研究结果

TNBC 有三种主要的肿瘤免疫微环境分型：cluster 1：immune desert；cluster 2：innate immune inactivated；cluster 3：immune inflamed。其中第三种“免疫炎症”类肿瘤高度表达免疫检查点分子且可从免疫检查点治疗（ICB）疗法中受益，而另两种对免疫治疗较不敏感。研究目的与免疫逃逸有关，因此目标基因的筛选可从非免疫炎症TNBC中高表达的基因入手。

1 目标基因的筛选与确定

研究人员使用了复旦大学上海肿瘤中心（FUSCC）的TNBC转录组数据集。选取了在非免疫炎症肿瘤中高表达，并在异常乳腺组织和免疫炎症肿瘤中低表达的基因，用于筛选可能调控肿瘤代谢微环境的潜在基因（图1）。在筛选出的21个基因中，确认了与代谢相关的核心基因：Dhdh。

图1

Dhdh编码的二聚体二氢二醇脱氢酶可参与外来化合物和糖类的代谢，并催化NADP+依赖的芳香烃反式二氢二醇的氧化反应，帮助生命体转换降低多环芳烃的毒性，维持胞内代谢平衡。

Cancer Genome Atlas (TCGA) 数据集中也显示Dhdh在多个基底样亚型、免疫抑制亚型、整体肿瘤样本中高表达（图1，C-E）。单细胞转录组结果可见Dhdh高表达的细胞类群为肿瘤上皮细胞而非免疫细胞，推测Dhdh表达与TNBC中免疫细胞浸润低相关，并可能导致非免疫炎症肿瘤表型（图1，I）。

2 Dhdh 损害 T 细胞浸润和细胞溶解功能

敲低Dhdh基因的免疫正常小鼠肿瘤大小明显小于对照组（图2，A-B），同时敲低组的肿瘤组织中CD8+ T细胞浸润显著增加，干扰素 (IFN+ ) 和 GZMB+ 显著增加，免疫细胞比例更高，说明Dhdh对T细胞浸润及细胞存活有抑制作用（图2，C-F）。

图2

3 Dhdh 通过调节 PSMB9 的表达诱导免疫逃逸

通过GO、GSEA分析，结合敲低Dhdh组与常规小鼠TNBC细胞的上调差异mRNA，研究人员发现功能基因PSMB9在Dhdh敲低小鼠中更高表达，其与抗原加工处理、CD8+ T细胞细胞毒性和抗肿瘤免疫密切相关（图3，A-C）。Dhdh敲低细胞株展示出更高的PSMB9蛋白表达（图3，G-H）；同时，高PSMB9基因表达与肿瘤浸润淋巴细胞水平呈正相关，对ICB治疗的敏感度也更高（图3，E-F）。

图3

4 Dhdh介导的免疫抑制依赖于代谢功能

为进一步验证Dhdh蛋白的功能，研究人员设计了针对性的H79Q 突变（代谢功能障碍组）及Y180F突变（亲和力改变组），发现Psmb9蛋白水平、CD8+ T细胞的免疫浸润、增殖和细胞毒性biomarker IFN+、GZMB+在Dhdh-Y180F和 Dhdh-WT两组都较低（图4，C-F）。说明Dhdh介导的乳腺癌细胞免疫逃逸主要依赖于Dhdh的代谢酶活性。

图4

5 D-木糖是Psmb9蛋白表达和免疫激活的必须物质，在体内体外都可抑制Dhdh过表达型肿瘤的生长

5.1细胞验证：

经非靶代谢组分析，Dhdh-WT肿瘤细胞系中D-木糖、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸含量更低，而Dhdh敲低细胞上清中D-木糖的浓度更高。通过CD8+ T细胞与4TO7乳腺癌细胞系共培养并添加外源D-木糖、NADP等条件验证可得：Dhdh的敲低和外源补充D-木糖，都可促进CD8+ T细胞的增殖和细胞毒性标志物的表达。Dhdh可通过调节D-木糖代谢来抑制Psmb9表达和免疫激活，而外源D-木糖补充可以逆转高Dhdh表达相关的非免疫炎症肿瘤表型。

5.2体内验证：

外源的D-木糖促进免疫浸润并抑制小鼠体内Dhdh过表达分型的肿瘤生长，且CD8+ T 细胞的细胞毒性标志物（IFN+ 和 GZMB+ ）的表达显著增强（图5，C-I）。

图5

6 D-木糖增强体内 Dhdh 过表达肿瘤的 ICB 免疫治疗反应

通过全身给药D-木糖与增强免疫疗法的关联实验，研究人员发现单独使用D-木糖可显著抑制免疫功能正常的 BALB/c 小鼠中 Dhdh 过表达肿瘤的生长（图6，D）。且D-木糖与传统ICB疗法的联合治疗可以有效提高ICB疗效，并消除 50% 以上的 Dhdh过表达肿瘤。此外，TNBC患者的尿液D-木糖浓度也与其免疫能力呈相关性，说明D-木糖具有成为疾病预后生物标志物的可能（图6，E-H）。

图6

研究结果概括及临床意义

本研究在大数据库综合统计的帮助下找出影响三阴性乳腺癌（TNBC）的核心代谢基因：Dhdh，经由体外体内实验严谨地验证了Dhdh基因对肿瘤发展的影响取决于免疫微环境。

进一步的机制中，发现Dhdh可依赖Dhdh酶活性导致D-木糖的代谢和降解，由此抑制其下游靶点Psmb9的表达，诱导非免疫炎症肿瘤表型。

而外源补充D-木糖，可以恢复Dhdh高表达肿瘤中的PSMB9表达情况和免疫浸润，可作为辅助治疗方案，与ICB联用来帮助抑制肿瘤生长。