影響因子：10.3

研究概述：盡管治療取得了重大進展，但肺癌仍然是癌癥相關(guān)死亡的主要原因?？钩绦蛐约毎劳龅鞍?1 （PD-1）療法已成為一線希望之光，作為晚期非小細胞肺癌 （NSCLC） 患者的一線治療選擇顯示出可喜的結(jié)果。然而，對免疫檢查點抑制劑（ICI）的反應(yīng)率仍然不高，耐藥性問題仍然是一個重大問題。各種生物標(biāo)志物，包括程序性死亡配體 1（PD-L1）表達、突變負荷、錯配修復(fù)缺陷、浸潤淋巴細胞和炎癥基因表達已被廣泛研究以預(yù)測 ICI 的有效性，然而觀察到的結(jié)果并未達到預(yù)期的成功水平，因此迫切需要能夠準(zhǔn)確預(yù)測 ICI 有效性的更特異性生物標(biāo)志物。脂質(zhì)代謝異常是在癌癥中觀察到的顯著代謝變化，癌細胞利用脂質(zhì)代謝來獲取能量，合成生物膜，并增強增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，這種改變會顯著影響腫瘤微環(huán)境和對癌癥治療的反應(yīng)。腫瘤細胞中脂質(zhì)代謝的失調(diào)會導(dǎo)致免疫抑制表型，因為它與復(fù)雜的腫瘤免疫微環(huán)境廣泛相互作用。最近的研究表明，脂質(zhì)代謝異常癌癥患者阻礙了抗 PD-1 單藥治療的療效。因此，靶向改變的脂質(zhì)代謝途徑已成為一種可能有前途的抗癌治療策略。在這項研究中，作者對TCGA-LUAD患者的脂質(zhì)代謝模式進行了全面分析，研究了這些模式與腫瘤免疫微環(huán)境之間的相關(guān)性，以開發(fā)脂質(zhì)代謝評分（LMS）系統(tǒng)并確定抗 PD-1 單藥治療的潛在致敏劑。

研究結(jié)果：

基于 LUAD 脂質(zhì)代謝譜的脂質(zhì)代謝評分系統(tǒng)的構(gòu)建

基于97個脂質(zhì)代謝基因，作者對TCGA-LUAD隊列進行了無監(jiān)督聚類，產(chǎn)生了兩個不同的pattern。為了研究不同脂質(zhì)代謝模式的生物學(xué)行為，作者進行了GSVA富集分析，結(jié)果表明HALLMARK 數(shù)據(jù)集中的 50 條通路在兩個亞群中均顯著富集。具體來說，Pattern2 在 HALLMARK DNA REPAIR、HALLMARK E2F TARGETS、HALLMARK HYPOXIA 等通路中表現(xiàn)出富集（圖 1A）。此外，作者研究了兩種脂質(zhì)代謝模式的腫瘤微環(huán)境概況，觀察到亞群之間的大多數(shù)免疫細胞浸潤存在顯著差異（圖 1B、C）。此外，與 Pattern2 相比，Pattern1 表現(xiàn)出較低的基質(zhì)評分和總 ESTIMATE 評分（圖 1D-F），而 Pattern2 的腫瘤純度顯著更高（圖 1G）。然而，免疫評分未顯示兩個亞群之間的顯著差異（圖 1E）。

為了探索與不同脂質(zhì)代謝模式相關(guān)的基因的生物學(xué)相關(guān)性，作者采用 limma R 軟件包來精確定位兩群之間共594個差異基因，這些基因在兩種脂質(zhì)代謝模式中都顯示出顯著富集。KEGG分析顯示，DEGs 在細胞外基質(zhì)（ECM）受體相互作用和細胞周期等途徑中顯著富集（圖 1H）。然后，我們使用 594 個 DEGs 進行無監(jiān)督聚類分析，將腫瘤樣本分類為不同的基因組亞型 geneCluster1 和 geneCluster2。結(jié)果與脂質(zhì)代謝模式的聚類分組一致，揭示了兩種不同的脂質(zhì)代謝基因組表型，geneCluster1 和 geneCluster2，geneCluster2 的總生存期較差（圖 1I）。此外，作者觀察到不同基因組亞型患者的臨床特征分布存在顯著差異（圖 1J）。作者進一步比較了兩種基因組表型之間脂質(zhì)代謝基因的差異，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)脂質(zhì)代謝基因顯著差異表達，前20個基因根據(jù)其p值按顯著性升序排列（圖 1K）。

LMS系統(tǒng)的外部驗證

對 594 個 DEGs 進行單因素 Cox 分析，鑒定出 137 個與預(yù)后相關(guān)的基因。隨后，對這些基因進行 PCA 以計算 LMS 系統(tǒng)，根據(jù)分?jǐn)?shù)的中位數(shù)將樣本分為高分組和低分組，高分組的 OS 時間顯著縮短（圖 2A）。1 、3 和 5 年的 AUC 分別為 0.694、 0.644和0.623，表明該評分提供了良好的表征。LMS 系統(tǒng)在驗證集中進行了驗證，結(jié)果顯示 GSE72094數(shù)據(jù)集樣本在1 年、3 年和5 年的AUC分別為 0.696 、 0.671 和 0.774。GSE42127 數(shù)據(jù)集樣本在 1 年、 3 年和 5 年的 AUC 分別為 0.891 和 0.774。GSE50081 數(shù)據(jù)集的 AUC 分別為 0.675、0.722 和 0.775，所有四個驗證集都顯示出一致性（圖 2B-D）。多因素 Cox 分析顯示，LMS 仍然是一個獨立的預(yù)后因素 （圖 2E-H）。

基于脂質(zhì)代謝評分篩選潛在治療策略

作者檢查了 LMS 對免疫功能正常隊列中患者預(yù)后的預(yù)測能力。雖然 GSE135222 的生存曲線未顯示統(tǒng)計學(xué)意義，但 GSE135222 和 IMvigor210 這兩個隊列都表現(xiàn)出與整個隊列的一致性，并且預(yù)后較差（圖 3A-F），表明可能與免疫治療反應(yīng)不佳有關(guān)。這些結(jié)果表明 LMS 可能在指導(dǎo)未來的臨床使用方面具有價值。為了預(yù)測訓(xùn)練集樣本的癌癥藥物敏感性基因組學(xué)（GDSC）數(shù)據(jù)庫藥物 IC50 值，作者在本研究中使用了 R 包 oncoPredict，通過將 GDSC 數(shù)據(jù)庫藥物信息與訓(xùn)練集的表達譜相結(jié)合，分析了 LMS 與每個藥物 IC50之間的 spearman 相關(guān)性，將 MK1775、多西他賽和 AZD7762 確定為具有顯著負相關(guān)的前三種藥物（p<0.05，圖 3G-H）。這些發(fā)現(xiàn)表明，這些藥物可能具有作為調(diào)節(jié)腫瘤脂質(zhì)代謝的抗腫瘤藥物的潛力。

MK1775 通過抑制腫瘤脂質(zhì)代謝和增強抗 PD-1 療效來抑制腫瘤增殖

與其他兩種藥物相比，MK1775 排名第一 （圖 3G）。在 MK1775 處理后觀察到油紅 O 染色最顯著的變化（圖 4A，B），表明 MK1775 和 LMS 之間具有很強的相關(guān)性。于是作者在體外和體內(nèi)進一步研究 MK1775。體外實驗顯示，MK1775 上調(diào)腫瘤細胞表面 PD-L1 的表達（圖 4C），表明與 PD-1 單克隆抗體的療效存在潛在關(guān)聯(lián)。此外，體內(nèi)實驗證實，MK1775 與 PD-1 單克隆抗體聯(lián)合使用時，對腫瘤增殖的抑制作用顯著增強（圖 4D，E），對照組和實驗組之間的體重沒有顯著差異（圖 4F）。H&E 染色結(jié)果顯示 PD-1 單克隆抗體表現(xiàn)出一定的腎毒性，MK1775 處理減輕了這種毒性，且MK1775 未顯示出顯著的肝毒性或腎毒性（圖 4G）。MK1775 和 PD-1 單克隆抗體均有效抑制腫瘤中脂質(zhì)積累和 Ki67 表達，當(dāng)一起使用時，它們的抑制作用顯著增強。此外，免疫組化表明 MK1775 上調(diào)腫瘤中 PD-L1 的表達（圖 4H）。

MK1775 通過抑制腫瘤細胞中的 PI3K/AKT/mTOR 信號傳導(dǎo)來抑制腫瘤細胞和 TAM 之間的脂質(zhì)串?dāng)_

腫瘤組織多重免疫熒光結(jié)果顯示，MK1775 處理組腫瘤細胞和 TAMs 的數(shù)量顯著減少。與單藥組相比，PD-1 偶聯(lián)組的 TAM 數(shù)量沒有顯著差異，但腫瘤細胞的數(shù)量進一步減少（圖 5A）。為了研究 MK1775 是否促進腫瘤和 TAMs 之間的脂質(zhì)串?dāng)_并增強抗 PD-1 單克隆抗體的療效，作者對 MK1775 處理的 H1299 細胞進行了脂質(zhì)質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)MK1775 顯著下調(diào)脂質(zhì)，包括 FFA 、 TAG 、 24-OH-膽固醇和鞘磷脂 （圖 5B，C）。對 MK1775 處理的 H1299 細胞進行了 RNA 測序分析，下調(diào)的差異基因富集分析顯示，最富集的基因與 PI3K-AKT 信號通路有關(guān)（圖 5D，E）。Western blot 分析顯示，MK1775 抑制 PI3K 和下游 mTOR 的磷酸化活性，AKT 以及 FASN 的表達。此外，PI3K 激活劑能夠部分逆轉(zhuǎn) MK1775 的抑制作用（圖 5F）。

MK1775 通過下調(diào) PI3K/AKT/mTOR 通路介導(dǎo)的脂肪酸合成重塑 TME

體內(nèi)實驗表明，MK1775 的腫瘤抑制作用被 Fasn 的過表達部分逆轉(zhuǎn)（圖 6A）。腫瘤浸潤免疫細胞的流式細胞術(shù)分析顯示，MK1775 顯著增加 CD8+ T 細胞水平，而 Fasn 過表達導(dǎo)致 CD8+ T 細胞顯著減少。MK1775 顯著降低 TAMs 的豐度，而 Fasn 的過表達導(dǎo)致腫瘤中 TAM 積累的上調(diào)。MK1775 對細胞毒性 T 淋巴細胞 （CTL） 和 TAM 的影響可以被 Fasn 部分逆轉(zhuǎn)（圖 6B-D）。ELISA 測定表明，MK1775 顯著降低腫瘤中 CXCL10 、 CXCL11、IFN-γ 和 IL-2 的表達（圖 6E）。我們的研究結(jié)果進一步支持了 MK1775 促進 CD8+ T 細胞流入同時減少 TAM 的觀點（圖 6F）。

在體外實驗中，使用 BODIPY-C11 標(biāo)記與用 MK1775 和/或過表達 Fasn 處理的 LLC 細胞共培養(yǎng)的 M2 型巨噬細胞，觀察到 MK1775 抑制 TAM 中的脂肪酸氧化（FAO），但 Fasn 的過表達部分逆轉(zhuǎn)了這種作用（圖 6G）。此外，MK1775 抑制線粒體氧化（OCR），同時提高 TAMs 的 FAO 水平。然而，這種效應(yīng)在 Fasn 過表達后部分逆轉(zhuǎn)（圖 6H）。體外 ELISA 測定表明MK1775 促進腫瘤細胞中 CXCL10 和 CXCL11 的分泌，這種分泌被 PI3K 激活抑制，MK1775 逆轉(zhuǎn)了這種抑制（圖 6I）。qPCR和WB實驗證實，MK1775 促進 CXCL10 和 CXCL11 的轉(zhuǎn)錄因子 IRF1 的表達，但PI3K 激活抑制了 IRF1，但 MK1775 部分恢復(fù)了其表達（圖 6J，K）?？傊@些發(fā)現(xiàn)表明 MK1775 抑制 TAM 中的 FAO 并調(diào)節(jié) TME 中的免疫細胞組成。

研究總結(jié)

脂質(zhì)代謝重編程是癌癥的一個關(guān)鍵特征，該研究開發(fā)了一種 LMS 系統(tǒng)來準(zhǔn)確預(yù)測 ICIs 的治療反應(yīng)，使用 LMS 系統(tǒng)，作者發(fā)現(xiàn) MK1775 有可能成為對 PD-1 單藥治療無反應(yīng)或耐藥的患者進行聯(lián)合治療的有效藥物，這項研究為利用脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)來提高癌癥免疫療法有效性的新策略提供了見解。