《Genes & Diseases》：Glutamine homeostasis regulates PD-L1 level through STAT3 in pancreatic cancer
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为探索胰腺癌免疫治疗耐受机制，本文聚焦谷氨酰胺代谢与免疫检查点蛋白PD-L1的调控关系。研究揭示谷氨酰胺可通过激活STAT3信号通路，直接结合并稳定PD-L1蛋白，抑制其泛素化降解。同时发现PD-L1能感知细胞谷氨酰胺水平，并进一步激活mTOR通路促进癌细胞增殖。该研究为理解PDAC的免疫抑制微环境提供了新机制，并为联合靶向谷氨酰胺代谢与PD-L1的协同治疗策略提供了理论依据。
胰腺导管腺癌（PDAC）以其侵袭性强、预后极差而著称，被称为“癌中之王”。尽管以手术切除为主的综合治疗策略不断演进，但因其早期症状隐匿，多数患者在确诊时已属晚期，错失了手术机会。化疗与近年来兴起的免疫疗法，在面对PDAC致密的纤维间质和高度免疫抑制的肿瘤微环境时，也常常显得力不从心。因此，深入挖掘PDAC发生发展的内在机制，寻找新的治疗靶点与策略，是临床上面临的紧迫课题。
在肿瘤的诸多特征中，代谢重编程尤为突出。肿瘤细胞如同贪婪的“能量掠夺者”，会改变自身的代谢模式，以获取快速增殖所需的能量和生物合成原料。其中，谷氨酰胺作为人体内最丰富的游离氨基酸，是肿瘤细胞重要的碳源和氮源，支持着其旺盛的能量消耗与生物合成需求。既往研究表明，异常的谷氨酰胺代谢与PDAC的增殖、转移等恶性行为密切相关。与此同时，免疫检查点蛋白PD-L1（程序性死亡配体-1）在肿瘤免疫逃逸中扮演着关键角色。当肿瘤细胞表面的PD-L1与T细胞表面的受体PD-1结合，会传递抑制信号，导致T细胞功能“瘫痪”，从而实现免疫逃逸。阻断PD-1/PD-L1相互作用已成为多种癌症有效的免疫治疗手段，但在PDAC中却收效甚微。一个有趣的关联是，临床前研究提示，联合使用谷氨酰胺代谢抑制剂与PD-L1阻断抗体，能显著改善某些肿瘤的治疗效果。然而，谷氨酰胺代谢究竟如何影响PD-L1的表达？二者之间是否存在直接的调控关系？这背后的分子机制又是什么？这些问题构成了本研究的起点。
为了回答上述问题，本研究综合运用了多种技术方法。在细胞水平，研究人员采用了谷氨酰胺饥饿与再添加实验、蛋白质印迹法（Western blotting）、免疫共沉淀（Co-IP）与蛋白质下拉（Pull-down）实验、实时定量PCR（qRT-PCR）、以及蛋白质/RNA稳定性测定等，以探究PD-L1表达与谷氨酰胺水平及STAT3信号的关系。在机制层面，通过构建STAT3与PD-L1的截短体及点突变体，并利用泛素化分析，明确了二者的相互作用域及STAT3对PD-L1蛋白稳定性的调控方式。在功能验证上，采用了细胞增殖实验（结晶紫染色、CCK-8法）和裸鼠皮下成瘤实验，评估PD-L1对PDAC细胞增殖的促进作用。此外，研究还结合了来自TCGA（癌症基因组图谱）等公共数据库的胰腺癌患者转录组数据、生存数据以及生物信息学分析（如基因集富集分析，GSEA），并在20对PDAC患者癌与癌旁组织样本中验证了PD-L1的表达情况。
研究结果
谷氨酰胺在蛋白水平促进PD-L1表达
通过对TCGA数据的分析，研究人员发现，在PDAC中，PD-L1与谷氨酰胺代谢相关基因的关联性最强。随后的细胞实验证实，在多种PDAC细胞系中，谷氨酰胺的添加能以剂量依赖的方式显著增加PD-L1的蛋白表达。有趣的是，在抑制转录的情况下，谷氨酰胺仍能提升PD-L1蛋白水平，提示存在转录后调控机制。
谷氨酰胺通过STAT3上调PD-L1蛋白表达
机制探索发现，谷氨酰胺处理能特异性地诱导STAT3蛋白第705位酪氨酸（Y705）的磷酸化激活。使用STAT3磷酸化抑制剂STATTIC或敲低STAT3后，谷氨酰胺促进PD-L1表达的作用被消除。进一步实验表明，STAT3主要通过稳定PD-L1蛋白（而非促进其转录）来发挥作用。敲低STAT3会加速PD-L1蛋白的降解，而过表达STAT3（无论其Y705磷酸化状态如何）都能提升PD-L1水平。
STAT3与PD-L1物理结合并抑制其K48连接的多聚泛素化
研究人员通过免疫共沉淀和蛋白质下拉实验，证实了内源性和外源性STAT3与PD-L1之间存在直接物理相互作用。这种结合依赖于PD-L1胞内结构域的259-290氨基酸片段，且不受STAT3磷酸化状态或PD-L1糖基化修饰的影响。关键的机制在于，STAT3的结合能显著抑制PD-L1的泛素化修饰，特别是介导蛋白质降解的K48连接的多聚泛素化，从而将PD-L1从蛋白酶体降解途径中“拯救”出来，稳定其蛋白水平。
PD-L1/STAT3轴影响PDAC预后
对临床数据的分析显示，PDAC患者组织中PD-L1高表达与不良的总生存期显著相关。功能实验证明，敲低PD-L1抑制PDAC细胞增殖与克隆形成，而过表达PD-L1则促进细胞增殖及在裸鼠体内的成瘤能力，确立了PD-L1在PDAC进展中的促癌作用。
PD-L1通过直接结合mTOR激活mTOR通路
GSEA分析提示PD-L1高表达与mTOR通路激活相关。实验证实，PD-L1过表达能剂量依赖性地激活mTOR下游信号分子S6K和S6的磷酸化。质谱分析与蛋白质下拉实验进一步发现，PD-L1能直接与mTOR蛋白结合，且这种结合也发生在PD-L1的胞内结构域。
PD-L1响应细胞谷氨酰胺水平调控增殖与mTOR激活
最后，研究构建了一个完整的调控环路：谷氨酰胺通过激活STAT3并促进其与PD-L1结合，稳定PD-L1蛋白；而PD-L1又能感知细胞内的谷氨酰胺水平，其与mTOR的相互作用及对mTOR通路的激活作用随谷氨酰胺浓度升高而增强，从而调控谷氨酰胺依赖的细胞增殖。
结论与意义
本研究系统阐明了谷氨酰胺代谢调控PDAC免疫检查点蛋白PD-L1表达的全新机制。核心结论是：谷氨酰胺丰富度通过诱导STAT3磷酸化，使其直接结合PD-L1，并通过抑制PD-L1的K48连接泛素化来阻止其被蛋白酶体降解，从而在翻译后水平稳定并上调PD-L1蛋白。同时，PD-L1本身又能作为谷氨酰胺信号的“传感器”，通过直接结合并激活mTOR通路，正反馈促进肿瘤细胞的增殖。这项工作的重要意义在于：
- 1.
连接代谢与免疫：首次在PDAC中揭示了谷氨酰胺这种关键代谢物与核心免疫检查点PD-L1之间的直接调控轴，为理解肿瘤代谢重编程如何塑造免疫抑制微环境提供了新视角。
- 2.
阐明全新机制：突破了STAT3主要通过转录调控影响PD-L1的传统认知，发现了STAT3通过蛋白质相互作用稳定PD-L1这一不依赖于其转录活性的新功能。
- 3.
提供联合治疗新思路：研究提示，单独抑制谷氨酰胺代谢可能在短期内因稳定PD-L1而增强肿瘤的免疫逃逸潜力。这为“谷氨酰胺代谢抑制剂联合PD-L1/PD-1阻断抗体”这一协同治疗策略提供了坚实的理论依据。即，抑制剂在削减肿瘤能量供应的同时，可能通过上调PD-L1使肿瘤对后续的免疫检查点阻断治疗更敏感，同时恢复肿瘤微环境中的谷氨酰胺水平也有助于活化抗肿瘤免疫细胞，从而实现“一石多鸟”的治疗效果。
- 4.
拓展PD-L1功能认知：发现了PD-L1除免疫调节外的“非经典”功能，即作为信号分子直接参与调控mTOR这一关键的生长代谢通路，丰富了PD-L1的生物学角色。
本研究发表于《Genes & Diseases》期刊，其发现不仅深化了对胰腺癌发病机制的理解，也为开发针对这一顽疾的、基于代谢-免疫交叉对话的创新疗法指明了方向。
