利用脂质代谢调控改善肺腺癌免疫治疗疗效

Harnessing lipid metabolism modulation for improved immunotherapy outcomes in lung adenocarcinoma

作者信息Yang Chen, Yu Zhou, Ran Ren, Yu Chen, Juan Lei, Yongsheng Li
PMID38977328
发布时间2024-07-08
DOI10.1136/jitc-2024-008811

实验完整度

包含TCGA和GEO数据集的生物信息学分析、体外细胞实验(CCK-8、流式、脂质组学、RNA-seq、共培养)、体内小鼠模型(皮下移植瘤)及多重免疫组化验证,证据层级丰富。

主要模型

TCGA-LUAD及GEO数据集(GSE42127、GSE68465、GSE72094、GSE50081) 人肺癌细胞系NCI-H1299和小鼠肺癌细胞系LLC C57BL/6小鼠皮下移植瘤模型

重点核对

TCGA-LUAD和GEO数据集的样本量及临床信息(例如年龄、性别、分期、突变状态) LMS系统构建方法(基于137个预后相关基因的PCA评分)及分组阈值(中位数-0.04613714) MK1775的给药剂量(10 mg/kg口服,每日一次)及抗PD-1给药方案(200 μg腹腔注射,每3天一次,共5次) 细胞实验中的MK1775浓度(10 µM)和处理时间(24小时) 肿瘤体积计算公式(V=(width^2×length)/2)及实验重复次数(3次独立实验)

摘要

背景:虽然抗程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)单药治疗在肺癌治疗中显示出有效性,但其缓解率仅限于约20%。近期研究表明,肺腺癌患者的脂质代谢异常可能阻碍抗PD-1单药治疗的疗效。方法:在此,我们深入研究了癌症基因组图谱(TCGA)-肺腺癌(LUAD)患者脂质代谢的模式及其与肿瘤免疫微环境细胞浸润特征的相关性。此外,我们构建了脂质代谢评分(LMS)系统,并基于LMS系统,进一步筛选靶向脂质代谢的潜在药物。通过RNA测序、共培养技术和体内实验进一步验证了MK1775的作用机制。结果:我们开发了LMS系统,并确定了一种潜在的增敏药物MK1775,它靶向脂质代谢并增强抗PD-1治疗的效果。我们的结果表明,MK1775通过影响肿瘤细胞与肿瘤相关巨噬细胞和CD8+T细胞之间的脂质串扰来抑制肿瘤进展,从而提高抗PD-1治疗的有效性。进一步,我们发现MK1775抑制了磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/AKT/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路,一方面下调FASN介导的脂肪酸(FAs)合成,抑制肿瘤相关巨噬细胞的脂肪酸氧化,另一方面促进IRF介导的CXCL10和CXCL11的分泌,促进CD8+T细胞的浸润。结论:这些发现强调了脂质代谢在塑造复杂的肿瘤微环境中的重要作用。通过操纵肿瘤微环境中脂质代谢的复杂性,我们可以发现并制定有前景的策略来使免疫治疗增敏,可能彻底改变癌症治疗方法。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肺腺癌中异常脂质代谢是否阻碍抗PD-1单药治疗疗效,以及靶向脂质代谢能否增敏免疫治疗。
核心机制
MK1775通过抑制肿瘤细胞中PI3K/AKT/mTOR信号通路,下调FASN介导的脂肪酸合成,从而抑制肿瘤相关巨噬细胞的脂肪酸氧化,并促进IRF1介导的CXCL10和CXCL11分泌,增强CD8+T细胞浸润,重塑肿瘤微环境。
主要证据
基于TCGA-LUAD数据构建LMS系统;体外实验(RNA-seq、脂质组学、western blot、共培养)和体内小鼠模型(皮下移植瘤)证明MK1775抑制肿瘤并增强抗PD-1疗效;流式细胞术和多重免疫组化验证免疫细胞变化。
研究意义
研究发现通过调控脂质代谢可增敏免疫治疗,为联合治疗策略提供科学依据,可能提高抗PD-1在脂质代谢异常的肺腺癌患者中的应答率。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建脂质代谢评分系统(LMS)

基于TCGA-LUAD数据,评估患者脂质代谢模式与预后的关系。

利用97个脂质代谢基因进行无监督聚类,鉴别两种脂质代谢模式;通过limma包筛选594个差异表达基因,再经单因素Cox回归和主成分分析构建评分系统。

2

筛选靶向脂质代谢的候选药物

基于LMS系统,从GDSC数据库中筛选可能增敏抗PD-1的靶向脂质代谢药物。

使用oncoPredict算法计算TCGA样本的药物IC50值,并分析药物IC50与LMS的相关性,筛选出与LMS显著负相关的药物。

3

体外验证MK1775对肿瘤细胞的影响

评估MK1775对肺癌细胞增殖、脂质沉积及PD-L1表达的影响。

采用CCK-8实验检测细胞活力,油红O染色观察脂质沉积,流式细胞术检测PD-L1表达。

4

体内验证MK1775联合抗PD-1的疗效

评估MK1775单药及联合抗PD-1对肿瘤生长的抑制作用及安全性。

建立LLC细胞皮下移植瘤模型,分为对照组(生理盐水)、MK1775单药组、抗PD-1单药组和联合组,定期测量肿瘤体积和体重,通过H&E染色和免疫组化评估药物副作用和肿瘤增殖。

5

验证MK1775对PI3K/AKT/mTOR通路及脂质代谢的调控

探讨MK1775抑制肿瘤细胞脂质代谢及其与TAMs串扰的分子机制。

通过对MK1775处理的H1299细胞进行RNA测序和脂质组学分析,鉴定差异基因及脂质变化;利用western blot验证PI3K/AKT/mTOR通路蛋白和FASN表达,并使用PI3K激动剂740Y-P进行回补实验。

6

验证MK1775对肿瘤微环境免疫细胞的影响

验证MK1775是否通过抑制FASN介导的脂肪酸合成,影响TAMs的脂肪酸氧化及CD8+T细胞浸润。

体内实验中,通过FASN过表达载体(AAV-Fasn)进行回补,流式细胞术检测肿瘤浸润CD8+T细胞和TAMs比例,ELISA检测趋化因子和细胞因子,体外共培养实验测定TAMs的脂肪酸氧化和OCR水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基----
DMEM培养基----
胎牛血清----
MK1775SelleckS1525
多西他赛SelleckS1148
AZD7762SelleckS1532
抗PD-L1抗体(#124308)BioLegend124308
抗PD-L1抗体(#60475)Cell Signaling Technology60475
抗IRF1抗体(#8478)Cell Signaling Technology8478
抗FASN抗体(#3180)Cell Signaling Technology3180
抗mTOR抗体(#2983)Cell Signaling Technology2983
抗磷酸化mTOR抗体(#5536)Cell Signaling Technology5536
抗AKT抗体(#4691)Cell Signaling Technology4691
抗磷酸化AKT抗体(#4060)Cell Signaling Technology4060
细胞计数试剂盒-8APExBIOK1018
抗IRX5抗体(#H00010265-M01)Novus BiologicalsH00010265-M01
抗DKK1抗体(#H00022943-M11)Novus BiologicalsH00022943-M11
抗ANLN抗体(#NBP2-52908)Novus BiologicalsNBP2-52908
抗CCNA2抗体(#NBP2-34311)Novus BiologicalsNBP2-34311
IV型胶原酶Sigma-AldrichC5138
超高效液相色谱仪I-Class系统Waters--
AB SCIEX 6500 Q-TRAP质谱仪Applied Biosystems--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
数据获取与处理
TCGA-LUAD和GEO数据集的样本量、平台及处理流程
阅读提示:Methods: Data for the training and validation sets
LMS构建
脂质代谢基因列表、聚类数、PCA评分的参数
阅读提示:Methods: Consistent clustering analysis based on lipid metabolism genes; 脂质代谢评分部分
药物敏感性预测
GDSC数据库版本、IC50计算方法
阅读提示:Methods: Prediction of drug sensitivity
体外细胞实验
细胞系来源、培养条件、MK1775浓度及处理时间
阅读提示:Methods: Cell culture; CCK-8 assays
体内动物实验
小鼠品系、周龄、性别、细胞注射数量、给药方案(剂量、频率、途径)、分组及肿瘤测量方法
阅读提示:Methods: Xenograft experiments
多组学分析
RNA-seq文库构建方法、测序平台、脂质组学LC-MS/MS参数
阅读提示:Methods: Bulk RNA sequencing and bioinformatic analysis; LC-MS/MS-based lipidomics
免疫细胞分析
流式抗体克隆号、标记方法、门控策略、共培养条件
阅读提示:Methods: Flow cytometry assay; 结果部分(MK1775 remodeling the TME...)