MPC调控乳酸代谢通过组蛋白乳酸化修饰影响树突状细胞功能的新机制及其在结直肠癌免疫治疗中的意义

《Cellular and Molecular Life Sciences》：MPC-mediated lactate production drives histone lactylation in dendritic cells to affect tumor progression and immunotherapy

本研究针对结直肠癌(CRC)肿瘤微环境(TME)中乳酸积累抑制免疫应答的难题，通过探讨线粒体丙酮酸载体(MPC)调控乳酸代谢的新机制，发现MPC下调通过增强组蛋白乳酸化修饰促进CD33表达，从而抑制树突状细胞(DC)成熟和CD8+ T细胞功能。该研究不仅揭示了代谢重编程与表观遗传调控的交叉对话机制，还为改善免疫检查点抑制剂(抗PD-1)疗效提供了新靶点，发表于《Cellular and Molecular Life Sciences》。

　　

在肿瘤微环境(TME)中，乳酸作为瓦博格效应(Warburg effect)的终产物，早已不再被视为简单的代谢废物。近年研究发现，乳酸不仅是能量来源，更是重要的信号分子和免疫调节剂。结直肠癌(CRC)等实体瘤中，乳酸堆积导致的酸性微环境会促进肿瘤血管生成、转移发展和免疫逃逸，尤其会抑制CD8⁺ T细胞、自然杀伤(NK)细胞等免疫细胞功能，进而削弱免疫治疗的效果。然而，乳酸如何精确调控免疫细胞的分子机制尚不明确。

线粒体丙酮酸载体(MPC)作为丙酮酸进入线粒体的唯一通道，其表达异常会导致丙酮酸代谢紊乱，进而引起乳酸过度生成。尽管MPC在多种癌症中表达下调且与不良预后相关，但其在肿瘤免疫微环境塑造中的作用仍待揭示。发表于《Cellular and Molecular Life Sciences》的研究论文“MPC-mediated lactate production drives histone lactylation in dendritic cells to affect tumor progression and immunotherapy”由Bin Zhang、Anran Xu等团队完成，通过多组学实验和临床样本分析，系统阐明了MPC–乳酸–组蛋白乳酸化轴在调控树突状细胞(DC)成熟和CD8⁺ T细胞功能中的关键作用。

研究人员主要采用临床样本分析（CRC组织及配对癌旁组织）、细胞模型（HCT-8、SW480、Caco-2等CRC细胞系）、基因操作（MPC1/MPC2过表达和干扰）、乳酸含量检测、组蛋白修饰分析（Western blot和染色质免疫沉淀ChIP）、免疫细胞共培养（人源CD14⁺单核细胞诱导DC、Naive CD8⁺ T细胞分离）、流式细胞术、小鼠移植瘤模型（MC38细胞）以及抗PD-1治疗实验等技术手段。

MPC在结直肠癌中表达下调

通过RT-qPCR和Western blot检测发现，MPC1和MPC2在多数CRC细胞系和临床组织中mRNA和蛋白水平均显著低于正常组织（图1A–1G）。TCGA数据库分析进一步验证了这一趋势（图1H），表明MPC下调是CRC的普遍特征。

MPC过表达抑制肿瘤细胞恶性行为

在Caco-2和SW480细胞中共同过表达MPC1和MPC2（MPC1/2-OE）可显著降低细胞增殖、克隆形成能力，诱导G0/G1期阻滞并促进细胞凋亡（图2A–2E）。Transwell和划痕实验显示MPC1/2-OE还明显抑制了细胞的迁移和侵袭能力（图2F–2G）。相比之下，单独过表达任一亚基效果较弱，提示MPC1与MPC2在功能上需协同作用。

MPC敲低促进肿瘤进展

在MPC高表达的HCT-8和SW620细胞中敲低MPC1或MPC2后，乳酸生成增加，细胞增殖、克隆形成、迁移和侵袭能力增强，细胞周期向S/G2/M期推进，凋亡受到抑制（图3A–3L；图S1）。这些效应可被乳酸脱氢酶(LDH)抑制剂Stiripentol逆转，说明MPC缺失通过促进糖酵解和乳酸生成驱动肿瘤恶性进展。

MPC调控乳酸代谢影响树突状细胞表型

TIMER数据库免疫评分提示MPC与DC浸润相关性最高（图4C）。体内实验显示，MPC过表达的MC38移植瘤中DC、CD8⁺ T细胞和巨噬细胞比例上升（图4E）。体外将单核细胞分化为DC过程中，添加CRC细胞培养上清或外源乳酸会显著上调未成熟DC标志物CD33的表达，并抑制HLA-DR、CD80、CD86等成熟标志（图4G）。MPC过表达则能逆转上述效应。

组蛋白乳酸化介导CD33转录激活

Western blot结果显示肿瘤上清或乳酸处理可时间依赖性地提高DC中H3K18la和H4K12la乳酸化水平（图5A）。ChIP-qPCR证实H3K18la在CD33启动子区域（特别是位点4）富集，且富集程度与乳酸浓度正相关（图5B–5C）。MPC过表达可降低乳酸化修饰水平，进而抑制CD33表达并促进DC成熟（图5D）。敲低CD33可增强DC成熟和抗原呈递功能（图5E）。在DC与Naive CD8⁺ T细胞共培养体系中，MPC调控下的DC能显著提升CD8⁺ T细胞活化标志CD69、TNF-α和IFN-γ的表达（图5F–5G）。

MPC增强抗PD-1免疫治疗效果

在动物实验中，MPC过表达或乳酸清除剂NaHCO₃处理均能抑制肿瘤生长，降低TME乳酸浓度（图6A–6B），并提高细胞毒性CD8⁺ T细胞（GZMB⁺/IFN-γ⁺）比例和DC成熟度（CD11c⁺/MHC II⁺/CD83⁺）（图6C–6D）。更重要的是，MPC过表达与抗PD-1抗体联用可显著提升抑瘤效果（图6E），提示靶向MPC可能成为联合免疫治疗的新策略。

该研究创新性地揭示了MPC–乳酸–组蛋白乳酸化–CD33信号轴在DC功能调控中的作用（图7），阐明了代谢重编程如何通过表观遗传修饰影响免疫细胞功能。MPC下调导致乳酸积累，进而通过H3K18la修饰激活CD33转录，抑制DC成熟及CD8⁺ T细胞活化。这一机制为理解TME中代谢–免疫交叉对话提供了新视角，也为结直肠癌的免疫治疗联合策略提供了潜在靶点。尽管酸环境和乳酸特异性效应的区分、MPC对免疫细胞亚群的直接/间接影响等问题仍需深入探讨，但本研究无疑为代谢干预联合免疫检查点抑制剂的应用奠定了重要理论基础。