ACSS2

*仅供医学专业人士阅读参考众所周知，部分免疫细胞具有免疫记忆。因此，人体在遇到相同抗原刺激时，免疫系统可做出更快速和强烈的反应，这也是疫苗起效的主要机制[1]。不过，最近几年，我们对于免疫细胞记忆能力的认知，不断被刷新。4年前，匹兹堡大学和康奈尔大学的研究人员，在《科学》杂志上发表一篇研究论文，我至今记忆犹新[2]。这个研究首次发现，巨噬细胞等髓样先天免疫细胞，竟然也会形成抗原特异性的免疫记忆。我没想到的是，免疫记忆这种一直被认为是免疫细胞专属的能力，大脑里的一种非免疫细胞竟然也有。近日，由哈佛医学院Francisco J. Quintana领衔的研究团队，在《自然》杂志上发表一项重磅研究成果[3]。他们发现，中枢神经系统内的星形胶质细胞同样具有免疫记忆，而且这种免疫记忆能力受到表观遗传调控。具体来说，在受到炎症刺激后，星形胶质细胞内的一部分亚群将转变为表达组蛋白乙酰转移酶p300和ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）的亚群（p300+ ACLY+）。当再次受到炎症刺激时，ACLY可产生乙酰辅酶A，为组蛋白乙酰转移酶p300使组蛋白发生乙酰化提供底物，提高了炎症相关基因的染色质可及性，从而产生更快速和剧烈的炎症反应。研究人员同时通过实验证实，星形胶质细胞的这一免疫记忆很可能与中枢神经系统自身免疫性疾病，如多发性硬化症相关，且p300和ACLY基因的失活可以改善实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE，多发性硬化症的实验模型）小鼠的炎症反应，将来有可能针对ACLY-p300通路开发这类疾病的新疗法。论文首页截图前期已有研究表明，多发性硬化症和EAE与星形胶质细胞关系密切[4]。为了研究最初的炎症刺激是否会影响随后的星形胶质细胞反应，研究人员对两组小鼠分别脑室内注射IL-1β和TNF（两者可触发星形胶质细胞发生类似于在多发性硬化症和EAE中检测到的反应[5]）1次和2次（2次间隔1周），然后在IL-1β+TNF刺激后一天对两组小鼠脑部的星形胶质细胞进行RNA测序分析。研究结果显示，相比于1次注射IL-1β+TNF的小鼠，2次注射IL-1β+TNF小鼠脑组织中的星形胶质细胞呈现更强的促炎表型，NF-κB相关促炎通路被明显激活。同时，研究人员还通过染色体可及性测序（ATAC-seq）发现，第二次注射IL-1β+TNF后星形胶质细胞中炎症基因的染色质可及性增加，且这一现象与组蛋白乙酰转移酶p300介导的表观遗传调控相关。小鼠脑组织星形胶质细胞在第二次注射IL-1β+TNF时表现出比第一次时更强的促炎表型，并与组蛋白乙酰转移酶p300介导的表观遗传调控相关紧接着，研究人员在体外培养的小鼠脑原代星形胶质细胞中再次验证了这一点。相比于第一次受到刺激时，第二次受到IL-1β+TNF刺激的星形胶质细胞炎症相关基因表达活跃（IL6、CCL2和NOS2），并导致共培养的神经元死亡。此外，研究人员还发现，在首次IL-1β+TNF刺激后，星形胶质细胞的促炎表型在7天后恢复到基础水平。根据以上的研究结果，p300介导的表观遗传调控可能在星形胶质细胞对炎症刺激的免疫记忆中起到关键作用。为了验证这一点，研究人员使用CRISPR-Cas9技术沉默了小鼠星形胶质细胞中p300的表达，发现p300表达被沉默后，星形胶质细胞组蛋白3第27位赖氨酸（H3K27）的乙酰化及NF-κB相关促炎基因的转录受到抑制，从而减轻了星形胶质细胞的促炎反应。这一结果也在随后的染色质免疫共沉淀测序及体外原代星形胶质细胞实验中再次得到验证。p300表达被沉默后，H3K27乙酰化受到抑制，从而减轻了星形胶质细胞的促炎反应以上实验证实，p300介导的组蛋白乙酰化可通过表观遗传方式，调控星形胶质细胞的免疫记忆促炎反应，而p300使组蛋白乙酰化需要乙酰辅酶A作为底物[6]。用于组蛋白乙酰化的乙酰辅酶A主要由两种酶产生：ACLY和乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）[6, 7]。为了确定参与星形胶质细胞免疫记忆表观遗传调控的乙酰辅酶A的来源，研究人员测定了1次和2次IL-1β+TNF刺激后这两种酶的表达情况。结果显示，IL-1β+TNF的再次刺激仅使星形胶质细胞中ACLY的表达增加，而ACSS2表达无明显变化。紧接着，研究人员使用CRISPR-Cas9技术，分别沉默了星形胶质细胞中ACLY和ACSS2的表达，发现仅在ACLY被沉默后，H3K27乙酰化被抑制，星形胶质细胞的免疫记忆所致炎症反应减少。ACLY提供p300使组蛋白乙酰化需要的底物乙酰辅酶A，进而调控星形胶质细胞的免疫记忆接下来，研究人员在小鼠EAE模型中（由MOG诱导[8]）再次发现了星形胶质细胞中免疫记忆现象的存在，这种免疫记忆同样由ACLY和p300介导，前者提供底物乙酰辅酶A，后者使H3K27乙酰化，从而通过表观遗传方式调控再次炎症刺激时星形胶质细胞的炎症反应。研究人员还通过FIND-seq技术，对EAE小鼠和正常小鼠中ACLY-p300-、ACLY+p300-、ACLY-p300+和ACLY+p300+的星形胶质细胞亚群进行分析。实验分析表明，EAE小鼠中ACLY+p300+的星形胶质细胞亚群数量较正常小鼠增加，同时ACLY+p300+星形胶质细胞与先前实验中具有免疫记忆的星形胶质细胞的转录特征十分相似，而ACLY+p300-和ACLY-p300+亚群的转录特征，则是星形胶质细胞建立免疫记忆的一种过渡状态。最后，研究人员在培养的人胎儿星形胶质细胞中，验证了具有免疫记忆的星形胶质细胞是否与多发性硬化症的发病机制相关。在第二次受到IL-1β+TNF刺激后，人胎儿星形胶质细胞表现出增强的促炎反应，且这种增强的促炎反应可被p300抑制剂C646所拮抗。此外，17名多发性硬化症患者和12名正常对照人群的单细胞分析显示，多发性硬化症患者中ACLY+p300+星形胶质细胞亚群数目明显更多，且显示出与EAE小鼠ACLY+p300+星形胶质细胞相似的转录特征，表现出组蛋白乙酰化活跃和炎症相关基因表达增加。这些发现明确了ACLY和p300介导的表观遗传调控导致的星形胶质细胞免疫记忆在多发性硬化症发病机制中的潜在作用。具有免疫记忆的星形胶质细胞与多发性硬化症的发病机制相关总的来说，本研究发现了星形胶质细胞获得免疫记忆的表观遗传调控机制，其与ACLY和p300介导H3K27乙酰化密切相关，并可能与多发性硬化症等自身免疫性疾病的发病机制相关，具备成为潜在治疗靶点的临床价值。参考文献1.Wendeln AC, Degenhardt K, Kaurani L, Gertig M, Ulas T, Jain G, Wagner J, Hasler LM, Wild K, Skodras A et al: Innate immune memory in the brain shapes neurological disease hallmarks. Nature 2018, 556(7701):332-338.2.Dai H, Lan P, Zhao D, Abou-Daya K, Liu W, Chen W, Friday AJ, Williams AL, Sun T, Chen J et al: PIRs mediate innate myeloid cell memory to nonself MHC molecules. Science 2020, 368(6495):1122-1127.3.Lee HG, Rone JM, Li Z, Akl CF, Shin SW, Lee JH, Flausino LE, Pernin F, Chao CC, Kleemann KL et al: Disease-associated astrocyte epigenetic memory promotes CNS pathology. Nature 2024, 627(8005):865-872.4.Wheeler MA, Clark IC, Tjon EC, Li Z, Zandee SEJ, Couturier CP, Watson BR, Scalisi G, Alkwai S, Rothhammer V et al: MAFG-driven astrocytes promote CNS inflammation. Nature 2020, 578(7796):593-599.5.Rothhammer V, Borucki DM, Tjon EC, Takenaka MC, Chao CC, Ardura-Fabregat A, de Lima KA, Gutierrez-Vazquez C, Hewson P, Staszewski O et al: Microglial control of astrocytes in response to microbial metabolites. Nature 2018, 557(7707):724-728.6.Pietrocola F, Galluzzi L, Bravo-San Pedro JM, Madeo F, Kroemer G: Acetyl coenzyme A: a central metabolite and second messenger. Cell Metab 2015, 21(6):805-821.7.Wellen KE, Hatzivassiliou G, Sachdeva UM, Bui TV, Cross JR, Thompson CB: ATP-citrate lyase links cellular metabolism to histone acetylation. Science 2009, 324(5930):1076-1080.8.Chierzi S, Kacerovsky JB, Fok AHK, Lahaie S, Shibi Rosen A, Farmer WT, Murai KK: Astrocytes Transplanted during Early Postnatal Development Integrate, Mature, and Survive Long Term in Mouse Cortex. J Neurosci 2023, 43(9):1509-1529.责任编辑丨BioTalker

*仅供医学专业人士阅读参考去年奇点糕有一回曾经吐槽过，癌细胞们都是爱消耗醋酸的“醋精”，而以癌细胞的狡诈和刁钻本性，它们绝对不会满足于仅仅享用自身产生的醋酸，还会想办法巧取豪夺，那在肿瘤微环境里，哪种细胞会成为癌细胞“吃醋”行为的帮凶呢？近日，美国内布拉斯加大学研究团队在《自然·细胞生物学》（Nature Cell Biology）上发表的最新研究成果，就发现帮“癌王”胰腺癌吃醋的还是熟面孔——肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）：由CAFs分泌的醋酸会通过表观遗传机制（乙酰化），增强癌细胞内关键转录因子SP1稳定性及转录活性，进而上调对胰腺癌细胞生存和增殖极为重要的SAT1表达[1]。论文核心内容总结胰腺癌最知名的特征之一就是存在大量细胞外基质，而CAFs是其中的重要组分，因此如果要查一查胰腺导管腺癌（PDAC）细胞消耗的醋酸从何而来，CAFs肯定第一批被写进嫌疑人名单。借助同位素示踪技术和基于核磁共振的代谢组学分析，研究者们首先评估了胰腺癌细胞与CAFs前体细胞，即胰腺星状细胞（PSCs）共培养时的代谢物交换情况。分析显示，由PSCs分泌的大量醋酸，是PDAC细胞在低pH条件下加速生长的关键动力，将PSCs中调节醋酸分泌的关键酶——ATP柠檬酸裂解酶（ACLY）水平敲低，即可使PSCs的促癌作用明显减弱，PDAC细胞也更难在低pH条件下存活。值得一提的是，虽然奇点糕常说CAFs的异质性问题，但它们在帮PDAC细胞吃醋方面却非常团结一致。PSCs分泌的大量醋酸可帮助PDAC细胞在低pH条件下存活下一个问题：醋酸进入PDAC细胞后，是如何帮它们存活并加速癌症发展的呢？此前有研究显示，醋酸会在乏氧条件下通过表观遗传机制促进癌细胞的脂质代谢，但本次研究中研究者们未能观察到相似的改变[2]；不过在醋酸处理后，PDAC细胞内的组蛋白乙酰化标志物，如H3K9/H3K18/H3K27等均明显上调，说明相关调控机制也与表观遗传有关。与组蛋白乙酰化同步发生的，还有乙酰辅酶合成酶2（ACSS2）这个关键醋酸代谢酶的mRNA表达水平显著上调，而且ACSS2的表达上调仅发生在肿瘤低pH区域即酸性区域，其存在也是PDAC细胞在低pH条件下存活的必要条件；在PDAC细胞与PSCs共培养时，将PDAC细胞的ACSS2表达敲低，会明显抑制PDAC细胞增殖速度、减轻肿瘤负荷。回头再来看醋酸对PDAC细胞的表观遗传调控，在醋酸处理后表达显著改变的基因中，有48个是ACSS2依赖性的，里面有多个抑癌和促癌基因，其中促癌性的SAT1基因启动子区域在低pH时，有明显的H3K27乙酰化富集，被研究者们定为了后续分析重点；敲低SAT1水平后，PDAC细胞生长速率立马被踩了刹车，也更难在低pH条件下存活。SAT1对PDAC细胞的生长和在酸性条件中存活起到关键作用在SAT1基因的启动子区域，研究者们又发现了转录因子SP1的富集，它的存在也与H3K27乙酰化修饰水平高度相关，而SP1同样是醋酸处理后被乙酰化修饰的蛋白质之一，其赖氨酸19残基（Lysine 19）位点是乙酰化修饰位点。总而言之，ACSS2–SP1–SAT1这条调控轴是CAFs分泌醋酸，助力PDAC细胞生存和加速生长的关键环节，值得开展治疗干预。ACSS2–SP1–SAT1调控轴汇总参考文献：[1]Murthy D, Attri K S, Shukla S K, et al. Cancer-associated fibroblast-derived acetate promotes pancreatic cancer development by altering polyamine metabolism via the ACSS2–SP1–SAT1 axis[J]. Nature Cell Biology, 2024.[2]Gao X, Lin S H, Ren F, et al. Acetate functions as an epigenetic metabolite to promote lipid synthesis under hypoxia[J]. Nature communications, 2016, 7: 11960.本文作者丨谭硕

来自Wistar研究所等机构的科学家们通过研究揭示了机体抵御一种侵袭性强且难以治疗的乳腺癌的双重作用机制，同时他们还阐明了沉默ACSS2基因是如何改善当前患者的治疗的。 乙酸盐代谢（acetate metabolism）是很多癌症中的重要代谢通路，其主要由乙酰辅酶A合酶2（ACSS2，acetyl-CoA synthetase 2）控制，该酶能催化乙酰向乙酰辅酶A的转化，尽管目前研究人员已经在癌症中描述了ACSS2的代谢角色，但他们并不清楚阻断肿瘤的乙酸盐代谢对肿瘤微环境和机体的抗肿瘤免疫力的影响。 近日，一篇发表在国际杂志Nature Cancer上题为“Acetate acts as a metabolic immunomodulator by bolstering T-cell effector function and potentiating antitumor immunity in breast cancer”的研究报告中，来自Wistar研究所等机构的科学家们通过研究揭示了机体抵御一种侵袭性强且难以治疗的乳腺癌的双重作用机制，同时他们还阐明了沉默ACSS2基因是如何改善当前患者的治疗的。 三阴性乳腺癌（TNBC）在美国影响着10%-15%的乳腺癌患者，之所以被称之为三阴性乳腺癌，因为这类乳腺癌往往缺少雌激素受体、孕激素受体和HER2受体（人类表皮生长因子受体）；这些受体如果存在于其它形式的乳腺癌中，研究人员在治疗过程中就能对其有效靶向作用，但如果其缺失的话，就会让三阴性乳腺癌的治疗变得相当困难，而且患者的治疗选择非常有限。三阴性乳腺癌臭名昭著的攻击性就使得寻找可靠有效的治疗性靶点的技术的开发变得非常具有挑战性，相比其它乳腺癌而言，这类乳腺癌的生长速度较快且对疗法的抵抗力更强，所有这些因素都会导致三阴性乳腺癌患者的治疗预后更差。 这项研究中，研究者Schug及其同事阐明了双重作用概念的有效性，沉默ACSS2基因或会损伤三阴性乳腺癌的代谢，同时还会增强机体免疫系统抵御其的能力，ACSS2能调节乙酸盐，而乙酸盐是癌细胞（尤其是三阴性乳腺癌细胞）用来生长和扩散的营养物质，研究人员使用了两种方法来失活ACSS2，即CRISPR-Cas9基因编辑技术和化合物VY-3-135，VY-3-135是研究人员于2021年所开发的一种潜在的ACSS2抑制剂。研究人员发现，在临床前研究中，靶向作用ACSS2不仅能阻碍侵袭性癌症代谢乙酸盐和生长的能力，还会诱发宿主机体的免疫系统识别和攻击癌症的能力，由于ACSS2受抑制的癌细胞并不能更好地加工处理乙酸盐，这样肿瘤区域就会浸泡到乙酸盐中，这就会提醒宿主机体的免疫系统出现了一些问题。 科学家有望开发出治疗人类三阴性乳腺癌的新型潜在疗法。 图片来源：Nature Cancer (2023). DOI:10.1038/s43018-023-00636-6 这种引导免疫系统攻击癌症的过程称之为免疫敏化作用（immunosensitization），其让研究人员感到非常困惑，但研究人员所采用的方法表明，ACSS2的抑制对于三阴性乳腺癌的免疫敏化效果较好，从而就会促使肿瘤生长急剧下降，在某些实验中甚至能完全消除癌症。研究者Schug说到，基本上我们已经证明，宿主机体的免疫系统能利用肿瘤无法加工处理的乙酸盐，其能在癌症倒下时将其踢走，实际上，免疫系统能很好地做到这一点以至于其能记住如何在未来攻击三阴性乳腺癌，即使该肿瘤中的ACSS2基因一直处于活跃状态。目前另一个小组开发的不同的ACSS2抑制方法正在进行人类临床试验，而研究者Schug的研究揭示了ACSS2抑制疗法如何帮助改善三阴性乳腺癌患者的治疗结局，通过测试ACSS2抑制剂与标准的抗乳腺癌化疗的效果，研究人员还发现ACSS2的抑制会增强疗法的有效性。 我们都知道ACSS2是三阴性乳腺癌的潜在靶点，本文研究揭示了ACSS2抑制的免疫效应如何最终用于治疗疗法选择非常有限的三阴性乳腺癌患者，后期研究人员还需要进行更多的研究，但通过将这种方法与其它癌症疗法相结合，研究人员就非常有希望能看到他们在治疗三阴性乳腺癌上的重大改进。综上，本文中，研究人员提出了一种针对癌症中乙酸盐代谢的范式，其中对ACSS2的抑制或能同时损伤肿瘤细胞的代谢并潜在增强机体的抗肿瘤免疫力。（生物谷Bioon.com） 原始出处： Miller, K.D., O’Connor, S., Pniewski, K.A. et al. Acetate acts as a metabolic immunomodulator by bolstering T-cell effector function and potentiating antitumor immunity in breast cancer. Nat Cancer (2023). doi：10.1038/s43018-023-00636-6