University of Wisconsin System

*仅供医学专业人士阅读参考“吾虽年迈，箭矢犹锋”，用来形容放疗这位抗癌战场上的老将还真是非常合适，尤其是今年肺癌治疗领域的不少关键临床研究里，放疗仍然是不可或缺的一部分，相信不少读者也对LAURA、ADRIATIC之类放疗联合靶向治疗或免疫治疗的重磅研究成果很了解啦。但放疗的一身好武艺，或许还没有被彻底解封呢。近日，美国威斯康星大学研究团队在《科学·转化医学》期刊发表的研究成果[1]，就提出了一种激活免疫应答的全新放疗策略，核心就在于“瘤内放疗剂量异质性”：以不同剂量而非同一剂量的放疗照射肿瘤不同部位，能更好地发挥放疗激活免疫应答的效应，从而有效配合免疫检查点抑制剂（ICIs）治疗！论文首页截图近些年来的许多实验室研究已经揭示，高、中、低剂量的放疗对抗肿瘤免疫应答各有各的好处，高剂量放疗最好理解，直接把癌细胞干掉、释放大量新抗原嘛；中等剂量放疗则可能迫使癌细胞激活STING-干扰素应答通路，亲手按下启动免疫应答的“自杀按钮”[2]，低剂量放疗的能耐也很大，甚至足以单独逆转免疫冷肿瘤的微环境“免疫沙漠”[3]。话虽如此，目前放疗与精准治疗手段联合使用的临床研究中，主要看的还是放疗的直接杀伤效应，所以放疗剂量普遍比较高（40-60 Gy），且照射肿瘤各处都是同一剂量，中低剂量放疗的理论优势还没转化成实效，所以威斯康星大学的研究者们才想试一试不同剂量放疗联合使用，也就是“放疗剂量异质性”会不会更有优势。研究者们选用了ICIs治疗黑色素瘤小鼠的经典模型，对实验组使用高剂量率（HDR）近距离放疗，直接达成“瘤内剂量异质性”的效果，而对照组采用常规外照射放疗（EBRT, 8 Gy），分别配合PD-L1抑制剂+CTLA-4抑制剂“双免疫方案”治疗。初步实验结果表明，与EBRT、ICIs治疗或EBRT+ICIs联合方案相比，2 Gy的近距离放疗配合ICIs效果最好，完全缓解率达63%，而且能同时抑制原发肿瘤和继发灶，显著延长小鼠的生存时间。把实验对象换成膀胱癌模型小鼠时，研究者们得到的结论也相同，随即研究者们又尝试用EBRT模拟近距离放疗的效果，实现对瘤内不同部位的不同剂量放疗（肿瘤远端20 Gy、近端2 Gy，中心部位8-10 Gy），联合ICIs治疗的效果与近距离放疗+ICIs不相上下，这就证实了“瘤内剂量异质性”放疗的含金量，而且低/中/高三种剂量还缺一不可。放疗剂量异质性可有效促进抗肿瘤免疫应答接下来就是机制分析了，研究者们首先发现，“瘤内剂量异质性”放疗使肿瘤内基因表达发生了有空间异质性的改变，T细胞浸润变化也呈现与基因表达一致的异质性，中等剂量照射部位的T细胞浸润增多最明显，瘤内浸润的抗癌表型中性粒细胞和单核细胞也显著增加；与统一高剂量放疗组相比，低剂量放疗区域中的树突状细胞，还能成功经未受损的淋巴管返回肿瘤引流淋巴结（tdLN），它们带回的肿瘤抗原能有效扩增肿瘤反应性CD8+T细胞。瘤内剂量异质性放疗可显著改善多种免疫细胞浸润和树突状细胞返回tdLNs“瘤内剂量异质性”放疗对T细胞的影响还远不止于此，T细胞亚群分析显示，浸润到肿瘤内的CD8+效应T细胞占比大增，细胞毒性功能相关的细胞因子表达也显著上调，而耗竭CD8+T细胞基本被清除，同时1型辅助性CD4+T细胞也显著增多，与CD8+效应T细胞共同形成了抗肿瘤免疫记忆，这些积极变化就能解释“瘤内剂量异质性”放疗+ICIs的疗效更好了，现今的放疗技术也足以在临床研究中复现实验条件，不知道未来成果如何呢~瘤内剂量异质性放疗可显著改善CD8+T细胞的浸润和功能状态------奇点糕近期推出了《2024ASCO年会深度盘点》课程，为大家系统盘点了2024ASCO年会上实体瘤领域的重磅进展，让您在100分钟内迅速深入把握前沿。长按识别下图中的二维码即可购买，购买后您可以在「奇点网小程序」收听，或下载奇点网「医学奇点」苹果客户端收听。如果遇到任何技术问题，大家可以戳我们下图中的客服小伙伴来解决~~参考文献：[1]Jagodinsky J C, Vera J M, Jin W J, et al. Intratumoral radiation dose heterogeneity augments antitumor immunity in mice and primes responses to checkpoint blockade [J]. Science Translational Medicine, 16(765): eadk0642.[2]Deng L, Liang H, Xu M, et al. STING-dependent cytosolic DNA sensing promotes radiation-induced type I interferon-dependent antitumor immunity in immunogenic tumors[J]. Immunity, 2014, 41(5): 843-852.[3]Herrera F G, Ronet C, Ochoa de Olza M, et al. Low-dose radiotherapy reverses tumor immune desertification and resistance to immunotherapy[J]. Cancer Discovery, 2022, 12(1): 108-133.本文作者丨谭硕

在一项新的研究中，威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星发现研究所的Dan Cappabianca和Krishanu Saha及其同事们在尝试改良T细胞疗法的过程中，意外地发现了一种提升疗法效率的方法。他们的研究聚焦于嵌合抗原受体T细胞（CAR-T细胞），这是一种被设计用来精准打击癌细胞的免疫细胞。 相关研究结果近期发表在Molecular Therapy-Methods & Clinical Development期刊上，论文标题为“Metabolic priming of GD2 TRAC-CAR T cells during manufacturing promotes memory phenotypes while enhancing persistence”。 T细胞，作为免疫系统中对抗疾病和肿瘤的关键战士，可以通过基因工程被赋予特殊武器——嵌合抗原受体，使其能够锁定并消灭癌细胞，尤其是实体瘤中的癌细胞。在首次遭遇敌人后，T细胞会“铭记”敌人的特征，若再次相遇，便能迅速且有力地发起反击，这一机制与疫苗促使免疫系统识别并抵抗特定病原体的原理相似。然而，要让T细胞成为癌症治疗的利器，必须在实验室中精心培养。 Cappabianca分享了一个有趣的插曲：“我们在对比两种营养成分不同的T细胞培养基时，一次不经意的失误——将T细胞置于错误的培养基中，竟意外地成为了整个研究的核心发现。” 在实验室环境中，研究团队先是在低营养的培养基中激活T细胞，这种培养基中葡萄糖和谷氨酰胺的浓度较低，随后将它们转移到富含营养的培养基中。这个“代谢启动”的过程看似简单，却蕴含深意：初步的营养限制给T细胞带来压力，激发了它们的特殊机制，增强了其对肿瘤的针对性，促进了记忆T细胞的生成，同时也筛选出了在低能量环境下仍能生存的更为坚韧的细胞。 接下来的高营养阶段则加速了T细胞的生长和复制。经过这样处理的T细胞，保有了类似干细胞的特质，这意味着它们具备更强的抗癌能力，能更长久地存活于体内，并转变为持久的记忆细胞。 图片来自Molecular Therapy—Methods & Clinical Development, 2024, doi:10.1016/j.omtm.2024.101249 Cappabianca补充道：“通过暂时减少糖分供给，类似三天的生酮饮食，我们观察到在制造过程结束时，T细胞的成熟度有所降低。T细胞的成熟度越低，它们在患者体内对抗癌症的时间就越长。” 这种两步法还加强了T细胞的记忆能力，这对于CAR-T细胞疗法来说是一个重大利好，因为它意味着T细胞能够更高效地识别和对抗癌症，随着时间的推移效果更加显著。最近使用这种新方法培育的T细胞进行的临床研究显示，63%的患者肿瘤在一定时间内出现部分或全部缩小，相比之下，以往未采用此两步法的临床试验中，仅有15%的患者肿瘤有类似反应。 为了深入了解如何让这些CAR-T细胞保持活力并有效对抗实体瘤，更多研究正在紧锣密鼓地进行。研究团队期待，这种“代谢启动”特定类型CAR-T细胞的技术能够实现大规模应用，最终目标是在未来几年内为患者提供更有效的治疗方案。 Saha引用了法国化学家路易·巴斯德的名言：“机遇总是垂青于有准备的人。”他感慨道：“我们这次意外的培养基更换，确确实实是偶然为我们开启了一扇通往新发现的大门。” 参考资料： Dan Cappabianca et al. Metabolic priming of GD2 TRAC-CAR T cells during manufacturing promotes memory phenotypes while enhancing persistence. Molecular Therapy—Methods & Clinical Development, 2024, doi:10.1016/j.omtm.2024.101249. 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！ 点击下方「阅读原文」，前往生物谷官网查询更多生物相关资讯~

引言 赖氨酸乳酰化修饰，自2019年首次被报道之后，便因其在调控多种生理和病理过程中的潜在作用而受到广泛关注。这一翻译后修饰不仅为乳酸的非代谢功能研究开辟了新的视角，而且提供了一种新的蛋白质调控机制。赖氨酸乳酰化修饰有三种同分异构体：L-乳酰化（KL-la）、D-乳酰化（KD-la）以及羧乙基化（Kce）。这三种修饰都可能由糖酵解过程中的代谢产物所诱导。尽管已有研究指出这些修饰在细胞中的潜在存在，但它们在细胞核中的广泛分布情况以及与Warburg效应的关联性仍然是当前研究中的一个未解之谜。 2024年7月19日，北京大学生命科学学院及北大-清华生命科学联合中心的张迪课题组，携手四川大学的戴伦治教授、威斯康星大学的李灵军教授以及芝加哥大学的赵英明教授课题组合作在发表了Nature Chemical Biology杂志上题为Lysine L-lactylation is the dominant lactylation isomer induced by glycolysis的研究。该研究采用了正交的技术区分了三种赖氨酸乳酰化修饰的同分异构体，并确立了L-乳酰化修饰在细胞响应糖酵解过程和Warburg效应中的核心作用。这一发现不仅深化了我们对蛋白质翻译后修饰异构体功能的理解，而且为相关领域的研究提供了新的分析方法和理论基础。 2019年，芝加哥大学的赵英明教授团队在Nature杂志上首次揭示了Warburg效应的产物L-乳酸能够驱动一种新型蛋白质修饰-赖氨酸乳酰化，张迪研究员担任该研究的第一作者。随后该修饰的立体异构体修饰，赖氨酸D-乳酰化（KD-la）也被发现存在于细胞中。KD-la是通过乙二醛酶途径产生的S-D-乳酰谷胱甘肽（LGSH）与蛋白质发生的非酶催化反应形成。乙二醛酶途径，一个高效的细胞解毒系统，由乙二醛酶1（GLO1）和乙二醛酶2（GLO2）两种酶组成，GLO1将糖酵解副产品甲基乙二醛（MGO）与谷胱甘肽结合形成LGSH，而GLO2则将其水解，生成D-乳酸并再生谷胱甘肽。MGO的高反应性使其能与多种蛋白质残基反应，包括半胱氨酸、精氨酸和赖氨酸，其中与赖氨酸反应形成的N-ε-（羧乙基）赖氨酸（Kce）已在细胞中发现，尽管其水平低于MGO衍生的精氨酸残基修饰。目前，由于KL-la、KD-la和Kce具有相同的分子量和结构相似性，通过高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）分析难以区分它们，且KD-la和Kce是否能响应细胞糖酵解的动态变化尚不明确。 糖酵解通路调控KL-la, KD-la 和Kce 三种乳酰化修饰异构体(Credit: Nature Chemical Biology) 为了解决这些基本问题，本研究开发并应用了一系列正交技术，涵盖了分析化学、化学生物学和免疫学方法，专门用于区分KL-la、KD-la和Kce这三种乳酰化异构体。通过这些方法的建立和应用，本研究证明了KL-la是细胞组蛋白上的主要乳酰化形式，其产生受高葡萄糖浓度和糖酵解过程的诱导，并且与代谢物乳酰辅酶A（lactyl-CoA）的浓度呈正相关。此外，研究还发现，在糖酵解的下段途径受阻或乙二醛酶系统功能不完整的情况下，KD-la和Kce可以产生并且受葡萄糖浓度影响，进一步揭示了这些异构体在细胞代谢调节中的复杂性。 综上所述，该研究不仅开发了一套区分蛋白质翻译后修饰（PTM）异构体的创新方法，而且揭示了KL-la作为细胞对糖酵解和Warburg效应的主要响应者的关键角色。这些成果不仅丰富了我们对细胞代谢调控机制的理解，而且为未来的研究提供了新的视角和工具，有助于深入探索乳酰化修饰在疾病发展和其他生物学过程中的作用。 参考文献 https://www.nature.com/articles/s41589-024-01680-8 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述