近日，歐洲科學院 Academia Europaea 外籍院士、浙江大學轉化醫學研究院/附屬第一醫院呂志民教授和團隊研究了在高水平糖酵解條件下，腫瘤細胞 PD-L1 的表達水平。結果發現，高糖可以促進 PD-L1 的表達。
圖 | 呂志民（來源：呂志民）
進一步地，其發現這與糖酵解中的關鍵酶-己糖激酶 2 有關。己糖激酶 2（Hexokinase 2，HK2）是催化糖酵解途徑中的第一步反應的關鍵代謝酶，可將葡萄糖磷酸化為 6-磷酸葡萄糖，並主要定位在線粒體外膜上。
近日，相關論文以《有氧糖酵解通過己糖激酶 2 介導的 IκBα 磷酸化促進腫瘤免疫逃避》（Aerobic glycolysis promotes tumor immune evasion by hexokinase 2-mediated phosphorylation of IκBα）為題，發表在 Cell Metabolism 上。呂志民擔任通訊作者，郭棟擔任共同一作[1]。
圖 | 相關論文（來源：Cell Metabolism）
審稿人認為，此次工作發現了糖酵解促進腫瘤免疫逃逸的全新機制，還發現了腫瘤微環境中的營養物質即葡萄糖可以促進 PD-L1 的表達，研究結果使人振奮。
據悉，腫瘤的大量基因突變及特有的微環境，往往導致代謝酶原有的功能改變、並賦予其新的非代謝酶功能。
而此次研究是該實驗室繼發現糖代謝酶 PKM2 [2]、PGK1[3]、KHK-A[4]、PCK1[5]和CHKα[6]之後，發現的第六個具有蛋白激酶活性的代謝酶。在腫瘤發生髮展中，蛋白激酶活性發揮着重要作用。而該系列研究加在一起，改變了業界對腫瘤代謝的傳統認知。
本次工作中，該團隊先是在高糖情況下觀察到，在許多腫瘤細胞中 PD-L1 的表達顯著升高，這引起了他們的興趣，因為這表明高水平的糖酵解可能會促進免疫逃逸。
隨即，課題組開始對這一現象進行深入研究。然後，他們發現己糖激酶 2（HK2）在其中發揮了關鍵作用，所以其把關注焦點放在了 HK2 蛋白上。
通過質譜檢測，該團隊發現 IκBα 是 HK2 的一個相互作用蛋白。更重要的是，他們發現 HK2 作為一個蛋白激酶磷酸化 IκBα，會導致 IκBα 的降解、NF-κB 信號通路的激活、以及 PD-L1 表達水平升高。
研究清楚了具體分子機制後，研究人員又在動物模型上進行驗證。結果發現，敲低 HK2 之後腫瘤生長得更慢，且 CD8+T 細胞的浸潤更多，同樣的表型在表達 IκBα T291A 的腫瘤上也可以看到。
另外，他們使用己糖激酶的抑製劑 Lonidamine 與 PD-1 單抗聯合使用治療小鼠膠質瘤，發現相比於單用 PD-1 抗體，使用 Lonidamine 與 PD-1 抗體聯用治療，可以顯著提升 PD-1 抗體的治療效果。
此次研究成果也表明，糖酵解在促進腫瘤免疫逃逸上起到了關鍵作用。相關實驗也證實，使用己糖激酶的抑製劑與 PD-1 單抗聯合使用，可以顯著提升 PD-1 抗體的治療效果。
這給臨床上 PD-1 單抗藥物的使用提供了新策略，即聯合用藥可能會對一些對 PD-1 抗體相應不明顯的腫瘤起到更好的效果。
（來源：Cell Metabolism）
研究中，為了驗證 HK2 對 IκBα 的磷酸化、以及找到 HK2 磷酸化 IκBα 的具體位點，課題組使用了蛋白質譜鑒定。
但是，一開始未能發現有肽段被 HK2 磷酸化，經過反覆分析後發現，之前的質譜使用了胰酶進行消化，而在 IκBα 蛋白中有很長一段序列中並不存在胰酶的切割位點。
所以，他們選擇了另外一個蛋白酶-AspN-來消化蛋白底物，最後才成功鑒定出磷酸化位點。
另外，課題組還發現 HK2 與 IκBα 的結合以及發揮蛋白激酶的功能，在腫瘤免疫上起到了重要的作用。因此，尋找一些手段破壞二者的相互作用，從而抑制 HK2 對腫瘤免疫的抑制，將是他們後續研究的主要內容。
參考資料：
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
