合作客户文章

25-羟基胆固醇调节溶酶体AMP激酶的激活和代谢重编程来改造免疫抑制巨噬细胞

近期，上海交通大学基础医学院叶幼琼团队携手复旦大学生命科学学院唐惠儒团队、上海大学生命学院魏滨团队和中国科学院分子细胞科学卓越创新中心王红艳团队在国际知名期刊Immunity（IF:31）上发表题为“25-Hydroxycholesterol regulates lysosome AMP kinase activation and metabolic reprogramming to educate immunosuppressive macrophages”的研究论文。在肿瘤微环境（TME）中，巨噬细胞能吞噬肿瘤细胞并调节免疫反应。然而，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）常被肿瘤“诱导”成促进肿瘤生长的免疫抑制细胞。

该研究发现，25-羟胆固醇（25HC）在其中发挥关键作用，通过激活AMP激酶（AMPKa）和STAT6，促进免疫抑制性巨噬细胞的形成，这一发现不仅揭示了TAMs在肿瘤免疫逃逸中的新机制，也为肿瘤免疫治疗提供了新的靶点。

本研究中的Filipin III(B6034)，FCCP(B5004)，Oligomycin A(A5588)，Rotenone(B5462)，2-deoxy-glucose(B1027)，7ACC2(B4868)，GSK621(B6020)等试剂由APExBIO提供。

图1 巨噬细胞：非炎症“冷肿瘤”转变为炎症“热肿瘤”的关键

（图源：Xiao et al., 2024, Immunity 57, 1–18）

一、文章概述

巨噬细胞是将非炎症“冷肿瘤”转变为炎症“热肿瘤”的关键。近期研究揭示了TME内异常胆固醇代谢物的功能尚未明确。

在这一背景下，该研究发现白细胞介素-4（IL-4）和白细胞介素-13（IL-13）可通过转录因子STAT6诱导胆固醇-25-羟化酶（Ch25h）的表达，进而促进25HC的积累。靶向CH25H能削弱巨噬细胞的免疫抑制功能，从而提高浸润性T细胞的数量和活化，这与抗PD-1协同提高了抗肿瘤疗效。

从机制上讲，溶酶体积累的 25HC与胆固醇竞争 GPR155 结合，从而抑制激酶mTORC1，触发了AMPKa 激活和代谢重编程。AMPKa还使STAT6 Ser564磷酸化，从而增强 STAT6的活化和ARG1的产生。

综上所述，该研究认为CH25H是一种免疫代谢检查点，其还可操纵巨噬细胞的命运，从而重塑CD8+ T细胞的监控和抗肿瘤反应。

二、文章亮点

※ TAMs 积累 25HC 以增强其免疫抑制功能；

※ 溶酶体积累的 25HC 通过 GPR155-mTORC1 复合物激活 AMPKa；

※ AMPKa 直接与 STAT6 结合并在 Ser564 处磷酸化，导致 STAT6 激活；

※  靶向 CH25H 与抗-PD-1 治疗或不与抗-PD-1 治疗同时进行可提高抗肿瘤疗效。

三、文章部分研究结果展示

结果1：CH25H在肿瘤微环境中的作用及其与肿瘤免疫逃逸机制的关联

图2 单细胞RNA测序（scRNA-seq）表明CH25Hhi TAM亚群与肿瘤患者的生存率呈负相关

图2揭示了CH25H在肿瘤微环境中的作用及其与肿瘤免疫逃逸机制的关联。通过分析不同类型的癌症患者的单细胞数据，研究人员能够识别出在肿瘤微环境中具有免疫抑制功能的巨噬细胞亚群，并且发现这些亚群中CH25H的表达水平较高。

此外，图2还展示了CH25H表达水平与患者生存率之间的关系，为未来的肿瘤治疗提供了可能的靶点。这些发现对于理解肿瘤微环境中的代谢变化以及它们如何影响肿瘤免疫反应具有重要意义。

结果2：AMPKa在Ser564位点磷酸化STAT6激活STAT6

图3 AMPKa在Ser564位点磷酸化STAT6以促进STAT6激活

文章探讨了AMPKa（AMP激活蛋白激酶）是否能够与STAT6（信号转导和转录激活因子6）结合，并调节STAT6的激活。实验表明，与野生型对照组相比，经IL-4和IL-13处理的AMPKa缺失的巨噬细胞系（iBMDM-sgAmpka）中，STAT6的激活受到阻碍，且STAT6进入细胞核的能力减弱。通过在HEK293T细胞中共表达HA-AMPKa1、FLAG-STAT6和Stat6-luciferase报告基因，发现AMPKa1的过表达增强了STAT6的转录活性。在原代巨噬细胞和iBMDM中，IL-4和IL-13的处理增加了AMPKa与STAT6之间的内源性结合。通过Scansite软件预测，AMPKa可能在STAT6的T98、T270、S534和S564残基上进行磷酸化。其中，只有S564A突变能够阻断STAT6的磷酸化和转录活性，表明Ser564是AMPKa磷酸化STAT6的关键位点。

图3揭示了AMPKa与STAT6之间的直接相互作用，并指出AMPKa可以直接磷酸化STAT6，在Ser564位点的磷酸化对STAT6的激活至关重要。这一发现对于理解巨噬细胞如何通过代谢重编程来调节免疫抑制功能具有重要意义，因为STAT6是调节巨噬细胞极化和功能的关键转录因子。这项研究提供了潜在的治疗靶点，可能有助于开发新的抗肿瘤治疗策略，通过调节AMPKa和STAT6的相互作用来激活巨噬细胞，从而增强抗肿瘤免疫反应。

结果3：25HC 通过 GPR155-mTORC1 复合物触发 AMPKa 激活

图4. 溶酶体积累的 25HC 通过 GPR155-mTORC1 复合物触发 AMPKa 激活

图4展示了25羟胆固醇（25HC）激活AMP激酶（AMPKa）以增强线粒体功能并促进氧化磷酸化（OXPHOS）的过程。通过海马分析（Seahorse analysis）测量了野生型（WT）和Ch25h缺失（Ch25h^-/-）巨噬细胞在经IL-4和IL-13处理后的基础和最大氧气消耗率（OCR）。ATP产量的测量结果显示，与WT巨噬细胞相比，Ch25h^-/- M2样巨噬细胞或TAMs降低了基础和最大OCR以及ATP产量。25HC处理显著增加了线粒体质量和膜电位。25HC还能有效激活AMPKa并提高其下游效应分子ACC1的磷酸化水平。

图4的结果表明25HC在调节巨噬细胞代谢重编程中的关键作用，特别是在促进M2样巨噬细胞极化方面。同时也支持了25HC通过激活AMPKa来增强线粒体功能和促进OXPHOS的假设，这对于理解巨噬细胞在肿瘤微环境中的免疫抑制功能至关重要。这些发现为开发新的抗肿瘤治疗策略提供了潜在的靶点，即通过调节巨噬细胞的代谢状态来影响其免疫功能。

四、结论与展望

25HC与TAMs的免疫抑制功能

TAMs在“冷肿瘤”中广泛存在，而“热肿瘤”则以较高的T细胞浸润和更好的免疫治疗反应率为特征。研究表明，TAMs通过表达精氨酸酶1（ARG1）、血管内皮生长因子（VEGF）和抗炎细胞因子（如IL-10和TGFβ）来抑制免疫监视并促进肿瘤发生。而25HC的积累则能够通过与GPR155结合，抑制mTORC1激酶，激活AMPKa，从而促进代谢重编程，增强STAT6的活性，并促进ARG1的产生。

25HC与肿瘤免疫治疗

针对25HC的研究不仅揭示了其在调节TAMs功能中的作用，也为肿瘤治疗提供了新的思路。通过靶向胆固醇-25-羟化酶（CH25H），可以抑制TAMs的免疫抑制功能，将“冷肿瘤”转变为“热肿瘤”，并提高抗PD-1免疫治疗的效果。这一策略为肿瘤免疫治疗提供了新的方向，尤其是对于那些对传统免疫检查点阻断治疗（ICB）反应不佳的肿瘤。

25HC作为一种新型的免疫代谢检查点，其在TAMs中的作用及其对肿瘤免疫治疗的影响，为我们提供了新的视角来理解和治疗肿瘤。未来的研究将进一步探索25HC在不同类型肿瘤中的作用，以及如何更有效地利用这一代谢产物来优化肿瘤免疫治疗策略。

参考文献：Xiao J, Wang S, Chen L, et al. 25-Hydroxycholesterol regulates lysosome AMP kinase activation and metabolic reprogramming to educate immunosuppressive macrophages[J]. Immunity, 2024.