2022年4月28日，蘇士成團(tuán)隊(duì)在Nature Cancer雜志在線發(fā)表題為“Macrophage mitochondrial fission improves cancer cell phagocytosis induced by therapeutic antibodies and is impaired by glutamine competition”的研究成果，發(fā)現(xiàn)線粒體分裂通過(guò)改變吞噬機(jī)器兩個(gè)重要成分WIP和WASP相變，從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞吞食癌細(xì)胞。靶向調(diào)控腫瘤微環(huán)境谷氨酰胺競(jìng)爭(zhēng)的酶，能通過(guò)促進(jìn)腫瘤吞噬從而提高多個(gè)單抗的療效。

免疫治療為腫瘤治療帶來(lái)革命。目前，主流的免疫治療是促進(jìn)T細(xì)胞對(duì)癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用，誘導(dǎo)免疫細(xì)胞吞噬癌細(xì)胞成為下一代免疫治療的重要思路。許多治療性單克隆抗體能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞吞食癌細(xì)胞，其作用機(jī)制主要是兩種：①Fcγ受體介導(dǎo)的吞噬，稱為抗體依賴細(xì)胞吞噬效應(yīng)（ADCP），典型是臨床常用的赫賽汀和美羅華。②阻斷“別吃我”信號(hào)，例如具有前景的CD47單抗。但在實(shí)際治療中，抗體誘導(dǎo)的腫瘤吞噬效果并不明顯，尤其是在實(shí)體瘤。因此，闡明巨噬細(xì)胞如何有效地吞食癌細(xì)胞對(duì)設(shè)計(jì)下一代腫瘤免疫治療有重要意義。

線粒體為免疫反應(yīng)提供能量。蘇士成團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)線粒體基因組轉(zhuǎn)錄的環(huán)形RNA通過(guò)調(diào)控ROS調(diào)控成纖維細(xì)胞功能（Bioart：Cell 蘇士成/高志良/許小丁合作揭示線粒體定位circRNA調(diào)控肝臟免疫代謝性炎癥機(jī)制），因此他們思考線粒體的動(dòng)態(tài)變化是否會(huì)調(diào)控巨噬細(xì)胞吞食癌細(xì)胞。其利用赫賽汀、美羅華、CD47單抗等三種治療性抗體，使用乳腺癌、結(jié)腸癌、B細(xì)胞淋巴瘤三種不同的癌種共18株細(xì)胞與人原代巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)有效吞噬腫瘤的巨噬細(xì)胞線粒體呈顆粒樣的分裂狀態(tài)，并且線粒體分裂調(diào)控蛋白Drp1明顯升高。體外基因敲除或藥物抑制巨噬細(xì)胞線粒體分裂能明顯抑制其對(duì)腫瘤細(xì)胞的吞噬。野生型巨噬細(xì)胞過(guò)繼性注入無(wú)巨噬細(xì)胞的Csf1op/op腫瘤負(fù)荷小鼠中明顯促進(jìn)抗體介導(dǎo)下的巨噬細(xì)胞對(duì)腫瘤的吞噬和治療效果，但敲除Drp1之后的巨噬細(xì)胞卻沒(méi)有這種能力。以上體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)線粒體分裂是巨噬細(xì)胞有效吞噬腫瘤細(xì)胞的必要條件（圖1）。

圖1 線粒體分裂促進(jìn)巨噬細(xì)胞吞噬腫瘤

圖2 該課題的主要機(jī)制示意圖

Actin極化是巨噬細(xì)胞吞噬大顆粒物質(zhì)時(shí)吞噬機(jī)器組裝的主要步驟，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)線粒體分裂受到抑制后actin極化發(fā)生障礙。多項(xiàng)研究表明，胞內(nèi)蛋白的聚集（液-液相分離）可調(diào)控多種細(xì)胞的功能。蘇士成團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)IUPred2A網(wǎng)站進(jìn)行蛋白結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)吞噬機(jī)器的兩個(gè)重要成分WIP和WASP含有長(zhǎng)片段的無(wú)序區(qū)，提示具有容易形成相變的結(jié)構(gòu)。其通過(guò)體外液滴形成、漂白實(shí)驗(yàn)和熒光共定位實(shí)驗(yàn)中證明WIP和WASP能形成明顯的液滴。為了探索線粒體分裂與WIP/WASP相分離調(diào)控的具體機(jī)制，團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了線粒體分裂時(shí)的產(chǎn)物在巨噬細(xì)胞吞噬腫瘤細(xì)胞時(shí)的變化以及對(duì)WIP/WASP相分離的影響。結(jié)果顯示，WIP/WASP液滴的形成被線粒體分裂后導(dǎo)致的胞內(nèi)鈣離子水平升高所抑制。在進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)靜息狀態(tài)下WIP/WASP相分離阻止了PKC-θ磷酸化WIP，而線粒體分裂產(chǎn)生的胞內(nèi)高鈣離子水平抑制WIP/WASP液滴的形成，使PKC-θ容易接觸并磷酸化WIP，從而增加巨噬細(xì)胞actin極化和對(duì)腫瘤細(xì)胞的吞噬。

為了探索腫瘤細(xì)胞耐受抗體介導(dǎo)的吞噬是否與巨噬細(xì)胞線粒體分裂有關(guān)，蘇士成團(tuán)隊(duì)通過(guò)芯片、Western blot、質(zhì)譜技術(shù)和Ocomine數(shù)據(jù)庫(kù)檢測(cè)對(duì)促吞噬抗體耐受和敏感腫瘤細(xì)胞株中差異蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)耐受吞噬的腫瘤細(xì)胞高表達(dá)己糖激酶途徑的關(guān)鍵酶GFPT2，且細(xì)胞內(nèi)明顯積聚其下游代謝產(chǎn)物。GFPT2是調(diào)控谷氨酰胺分解為谷氨酸鹽的一個(gè)限速酶，能促進(jìn)谷氨酰胺的消耗，而谷氨酰胺的消耗可抑制線粒體的分裂。他們通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞GFPT2或添加GFPT2底物谷氨酰胺，發(fā)現(xiàn)能增加巨噬細(xì)胞線粒體的分裂和對(duì)耐受腫瘤細(xì)胞的吞噬，而去除微環(huán)境中的谷氨酰胺抑制了敏感腫瘤細(xì)胞的吞噬。通過(guò)基因敲除和化學(xué)抑制GFPT2酶均能提高臨床單抗在腫瘤治療中的效果。

總的來(lái)說(shuō)，該研究通過(guò)對(duì)不同抗體介導(dǎo)的腫瘤吞噬模型的研究，揭示了腫瘤微環(huán)境谷氨酰胺的競(jìng)爭(zhēng)抑制巨噬細(xì)胞內(nèi)線粒體分裂和維持WIP/WASP相分離，從而抑制PKC-θ磷酸化WIP和Actin的極化，最終產(chǎn)生臨床抗體耐藥。該研究為增強(qiáng)下一代腫瘤免疫治療效果提供了新的思路。

蘇士成教授為該文的通訊作者，博士后黎江、博士研究生葉盈盈、劉志瀚和張國(guó)楊醫(yī)生為該論文的共同第一作者。蔡清清教授、馬麗萍教授、馮茹教授為本課題提供了大力支持和幫助。

（中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院）