肝癌中赖氨酸代谢下调重塑免疫微环境及治疗响应的多组学机制解析

《Journal of Translational Medicine》：Multi-omics profiling reveals downregulated tumor lysine metabolism reshaping the immune microenvironment and therapeutic responses in hepatocellular carcinoma

本研究针对肝细胞癌(HCC)免疫治疗响应率低的临床难题，通过多组学整合分析揭示了赖氨酸代谢下调通过重塑免疫抑制性肿瘤微环境(TIME)促进肝癌进展的新机制。研究人员发现低赖氨酸代谢水平与髓源性抑制细胞(MDSCs)、调节性T细胞(Tregs)等免疫抑制细胞浸润增加显著相关，并通过单细胞测序证实CD8+ T细胞衰竭特征。该研究为肝癌免疫治疗耐药提供了新的代谢视角，赖氨酸代谢评分(LM score)可作为预测免疫治疗响应的潜在生物标志物。

　　

肝细胞癌是全球范围内发病率和死亡率均居高不下的恶性肿瘤，尤其在中国等乙肝病毒流行地区，其疾病负担尤为沉重。尽管手术切除是早期肝癌的主要治疗手段，但高复发率严重限制了其疗效。晚期肝癌患者对传统放化疗普遍不敏感，而近年来兴起的免疫检查点抑制剂(ICIs)虽然为晚期肝癌带来了新的希望，但其总体响应率仍不理想。这种治疗困境的背后，是肿瘤免疫微环境的复杂调控网络在发挥作用。

肿瘤细胞通过代谢重编程来适应快速增殖的需求，同时重塑肿瘤微环境以逃避免疫监视。氨基酸代谢异常是肿瘤代谢重编程的重要特征之一，其中赖氨酸作为必需氨基酸，其代谢变化在肝癌中的特征和意义尚不明确。为此，Xinlan Lu、Min Qiang等研究人员在《Journal of Translational Medicine》上发表了最新研究成果，通过多组学整合分析揭示了赖氨酸代谢在肝癌免疫微环境重塑中的关键作用。

研究人员采用了多种关键技术方法开展本研究：收集30对肝癌患者的肿瘤组织和癌旁正常组织进行多组学分析；通过转录组测序(RNA-seq)和TMT标记的蛋白质组学分析基因和蛋白表达差异；运用10x Genomics平台进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)和T细胞受体测序(scTCR-seq)；采用免疫组化(IHC)和多重免疫荧光(mIHC)技术验证关键蛋白表达和细胞定位；利用TCGA、ICGC和CPTAC等公共数据库进行验证分析。

赖氨酸代谢在肝癌中显著下调

研究团队首先对30对肝癌组织及癌旁正常组织进行了转录组和蛋白质组学分析。结果显示，多个关键赖氨酸代谢酶基因包括AASS、ALDH7A1、AADAT、DHTKD1、GCDH、ECHS1、HADH、ACAAT和ACAA2在肝癌组织中表达显著下调。单细胞测序数据进一步表明，这种下调主要发生在肿瘤细胞中，而非免疫或基质细胞。免疫组化实验验证了AASS、GCDH和AADAT等关键酶在蛋白水平的表达降低。功能富集分析发现，下调的基因和蛋白主要富集在氨基酸代谢和免疫反应相关通路，提示赖氨酸代谢异常与免疫抑制密切相关。

下调的赖氨酸代谢促进肝癌进展

为了验证这一发现在更大样本中的普适性，研究人员分析了TCGA-LIHC和ICGC-LIRI-JP数据库。结果表明，除ALDH7A1外，大多数赖氨酸代谢基因在肝癌组织中显著下调。生存分析显示，AASS、GCDH和ACAT1低表达与患者不良预后显著相关。临床分期分析进一步发现，GCDH和AADAT表达水平与肿瘤分期呈负相关。CPTAC蛋白质组学数据也证实了赖氨酸降解通路在肝癌中的下调。这些结果共同表明赖氨酸代谢下调是肝癌的一个显著特征，且与疾病进展和不良预后相关。

赖氨酸代谢重编程是肝癌预后的预测指标

研究人员基于9个关键赖氨酸代谢基因构建了赖氨酸代谢评分(LM score)，将患者分为高、低赖氨酸代谢亚型。分析显示，低LM score亚型患者具有更差的总体生存率、疾病特异性生存率(DSS)和无进展生存期(PFI)。进一步机制探索发现，低LM score亚型表现出更高的上皮-间质转化(EMT)活性，且低赖氨酸代谢水平与缺氧、MAPK、NF-κB和TGFβ等促肿瘤信号通路激活相关。多因素Cox回归分析证实LM score是肝癌的独立预后因素。

赖氨酸代谢重编程重塑肝癌肿瘤免疫微环境

免疫浸润分析显示，低赖氨酸代谢亚型中髓源性抑制细胞(MDSCs)和调节性T细胞(Tregs)浸润显著增加。尽管CD8⁺ T细胞浸润无显著差异，但其功能状态发生明显改变：低LM score亚型中CD8⁺ T细胞衰竭相关基因(如HAVCR2/TIM3、PDCD1和LAG3)表达上调。多重免疫荧光实验证实，肝癌组织中TIM3⁺CD8⁺和LAG3⁺CD8⁺ T细胞比例显著高于癌旁组织。单细胞测序和TCR分析进一步揭示了CD4⁺ Treg和CD8⁺ Tex细胞的克隆扩增特征，且肿瘤组织中富集的CD8⁺ Tex克隆表现出自然杀伤细胞介导的细胞毒性等免疫相关通路下调。

赖氨酸代谢重编程诱导肝癌免疫治疗耐药

为了评估赖氨酸代谢对免疫治疗响应的影响，研究人员进行了肿瘤免疫功能障碍和排斥(TIDE)分析。结果显示，低赖氨酸代谢亚型具有更高的TIDE评分和T细胞排斥评分，预示着更强的免疫逃逸能力。在经动脉化疗栓塞(TACE)治疗的肝癌队列(GSE104580)中，响应者(R)的LM score显著高于无响应者(NR)。类似地，在抗PD-1治疗的黑色素瘤队列(GSE78220)和抗PD-L1治疗的尿路上皮癌队列(IMvigor210)中，高LM score与更好的免疫治疗响应和生存结局相关。值得注意的是，LM score的预测价值独立于肿瘤突变负荷(TMB)，且在预测免疫治疗响应方面优于传统的免疫检查点标志物。

本研究通过多组学整合分析，系统揭示了肝癌中赖氨酸代谢下调的特征及其临床意义。研究发现赖氨酸代谢重编程通过促进免疫抑制微环境形成，诱导CD8⁺ T细胞衰竭，从而驱动肝癌进展和免疫治疗耐药。赖氨酸代谢评分不仅可作为肝癌预后预测的独立指标，还有望用于免疫治疗响应的预测，为肝癌的精准分型和个体化治疗提供了新的代谢视角。这些发现为开发针对赖氨酸代谢的联合免疫治疗策略奠定了理论基础，具有重要的临床转化价值。