近日，欧洲科学院 Academia Europaea 外籍院士、浙江大学转化医学研究院/附属第一医院吕志民教授和团队研究了在高水平糖酵解条件下，肿瘤细胞 PD-L1 的表达水平。结果发现，高糖可以促进 PD-L1 的表达。
图 | 吕志民（来源：吕志民）
进一步地，其发现这与糖酵解中的关键酶-己糖激酶 2 有关。己糖激酶 2（Hexokinase 2，HK2）是催化糖酵解途径中的第一步反应的关键代谢酶，可将葡萄糖磷酸化为 6-磷酸葡萄糖，并主要定位在线粒体外膜上。
近日，相关论文以《有氧糖酵解通过己糖激酶 2 介导的 IκBα 磷酸化促进肿瘤免疫逃避》（Aerobic glycolysis promotes tumor immune evasion by hexokinase 2-mediated phosphorylation of IκBα）为题，发表在 Cell Metabolism 上。吕志民担任通讯作者，郭栋担任共同一作[1]。
图 | 相关论文（来源：Cell Metabolism）
审稿人认为，此次工作发现了糖酵解促进肿瘤免疫逃逸的全新机制，还发现了肿瘤微环境中的营养物质即葡萄糖可以促进 PD-L1 的表达，研究结果使人振奋。
据悉，肿瘤的大量基因突变及特有的微环境，往往导致代谢酶原有的功能改变、并赋予其新的非代谢酶功能。
而此次研究是该实验室继发现糖代谢酶 PKM2 [2]、PGK1[3]、KHK-A[4]、PCK1[5]和CHKα[6]之后，发现的第六个具有蛋白激酶活性的代谢酶。在肿瘤发生发展中，蛋白激酶活性发挥着重要作用。而该系列研究加在一起，改变了业界对肿瘤代谢的传统认知。
本次工作中，该团队先是在高糖情况下观察到，在许多肿瘤细胞中 PD-L1 的表达显著升高，这引起了他们的兴趣，因为这表明高水平的糖酵解可能会促进免疫逃逸。
随即，课题组开始对这一现象进行深入研究。然后，他们发现己糖激酶 2（HK2）在其中发挥了关键作用，所以其把关注焦点放在了 HK2 蛋白上。
通过质谱检测，该团队发现 IκBα 是 HK2 的一个相互作用蛋白。更重要的是，他们发现 HK2 作为一个蛋白激酶磷酸化 IκBα，会导致 IκBα 的降解、NF-κB 信号通路的激活、以及 PD-L1 表达水平升高。
研究清楚了具体分子机制后，研究人员又在动物模型上进行验证。结果发现，敲低 HK2 之后肿瘤生长得更慢，且 CD8+T 细胞的浸润更多，同样的表型在表达 IκBα T291A 的肿瘤上也可以看到。
另外，他们使用己糖激酶的抑制剂 Lonidamine 与 PD-1 单抗联合使用治疗小鼠胶质瘤，发现相比于单用 PD-1 抗体，使用 Lonidamine 与 PD-1 抗体联用治疗，可以显著提升 PD-1 抗体的治疗效果。
此次研究成果也表明，糖酵解在促进肿瘤免疫逃逸上起到了关键作用。相关实验也证实，使用己糖激酶的抑制剂与 PD-1 单抗联合使用，可以显著提升 PD-1 抗体的治疗效果。
这给临床上 PD-1 单抗药物的使用提供了新策略，即联合用药可能会对一些对 PD-1 抗体相应不明显的肿瘤起到更好的效果。
（来源：Cell Metabolism）
研究中，为了验证 HK2 对 IκBα 的磷酸化、以及找到 HK2 磷酸化 IκBα 的具体位点，课题组使用了蛋白质谱鉴定。
但是，一开始未能发现有肽段被 HK2 磷酸化，经过反复分析后发现，之前的质谱使用了胰酶进行消化，而在 IκBα 蛋白中有很长一段序列中并不存在胰酶的切割位点。
所以，他们选择了另外一个蛋白酶-AspN-来消化蛋白底物，最后才成功鉴定出磷酸化位点。
另外，课题组还发现 HK2 与 IκBα 的结合以及发挥蛋白激酶的功能，在肿瘤免疫上起到了重要的作用。因此，寻找一些手段破坏二者的相互作用，从而抑制 HK2 对肿瘤免疫的抑制，将是他们后续研究的主要内容。
参考资料：
1.Guo, D., Tong, Y., Jiang, X., Meng, Y., Jiang, H., Du, L., ... & Lu, Z. (2022). Aerobic glycolysis promotes tumor immune evasion by hexokinase2-mediated phosphorylation of IκBα. Cell metabolism.
2.Nature, 2011, PMID: 22056988; Cell，2012, PMID: 22901803; Molecular Cell, 2014, PMID: 24316223
3.Molecular Cell，2016, 2017, 2019, PMID: 26942675 , 28238651, 31492635
4.Nature Cell Biology, 2016, PMID:2708854; Science Advances, 2019, PMID: 31032410
5.Nature, 2020, PMID: 32322062
6.Molecular Cell,2021，PMID: 34077757
