文献解读 | PD-1在T细胞淋巴瘤中相关抑制代谢程序，限制糖酵解和抑制AP-1活性

非霍奇金氏淋巴瘤（NHL）是一种高异质性的恶性肿瘤，通常起源于成熟的CD4+T细胞，因为其分子发病机制尚不明确，因此其治疗选择有限。PDCD1编码的免疫检查点受体PD-1是T细胞中的关键肿瘤抑制因子，在T细胞非霍奇金淋巴瘤（T-NHL）中反复失活。PDCD1缺失频率最高的是在晚期疾病中检测到的，预测预后较差。然而，PD-1信号传导的肿瘤抑制机制仍然未知，为了解析T-NHL的发病机制，研究人员构建了一个小鼠模型使用了ITK-SYKCD4-CreERT2小鼠，诱导了ITK-SYK基因的表达，分成具有PD-1和没有PD-1的两组，并在试验后进行分析。本研究揭示了PD-1信号通路在NHL肿瘤细胞的糖酵解中扮演着关键作用。

ATAC-seq，LC-MS/MS

1. Pdcd1的丧失使癌基因强制进行糖酵解

在Pdcd1+/+小鼠 vs Pdcd1−/−小鼠前20个差异表达基因中，编码细胞代谢主调节因子的Hif1a在没有Pdcd1的情况下被特异性上调（图1C）。基因集富集分析（GSEA）揭示了多种基因表达特征的富集，表明在PD-1丢失时PI3K–AKT–mTOR–缺氧诱导因子1α（HIF1α）轴的整体激活。此外，PD-1缺陷淋巴瘤细胞的葡萄糖代谢增强（图1D）。这些基因表达数据得到了HIF1α和几种介导糖酵解的酶（包括己糖激酶2、磷酸果糖激酶1、醛缩酶A和烯醇化酶1）的蛋白表达分析结果的证实（图1E-F）。 

细胞外通量分析显示，Pdcd1−/−小鼠T细胞具有更高的细胞外酸化率（ECAR，图1G），而耗氧率（OCR）保持不变。因为ECAR的增加意味着丙酮酸向乳酸的有氧糖酵解转化，增强了乳酸生成（图1I）。

2. PD-1抑制了癌前细胞中的mTOR和HIF1α

急性PD-1阻断后直接进行的细胞内流式细胞术分析表明，PD-1信号的失活导致表达癌基因的T细胞内AKT和mTOR途径的迅速激活和HIF1α表达的直接上调（图2E）。用mTOR抑制剂torin-1治疗携带ITK–SYK+PD-1−淋巴瘤的小鼠，该抑制剂在体内阻断肿瘤细胞内的mTOR活性，显著延长生存期（图2F）。总之，这些药理学研究表明，糖酵解重编程是表达癌基因的PD-1缺陷T细胞转化和存活的关键。

3. PD-1限制了癌基因触发的能量代谢

作者检测并发现PD-1缺陷淋巴瘤细胞中13C-标记的糖酵解中间体含量升高（图3A），表明在规范的上糖酵解途径内葡萄糖使用增强。同时，PD-1信号的失活提高了ATP水平（图3B），表明PD-1功能的丧失可以克服癌前T细胞中助长显性恶性肿瘤所需的能量缺陷。此外，作者检测到在ITK–SYK+PD-1−淋巴瘤细胞中检测到戊糖磷酸途径中葡萄糖利用率增加（图3C-D）。 

4. PD-1促进依赖于糖酵解的组蛋白乙酰化

越来越多的证据说明代谢物丰度对肿瘤表观基因组的调控非常重要，乙酰辅酶A池对于组蛋白乙酰转移酶介导组蛋白乙酰化以打开染色质至关重要。这些途径可以将葡萄糖代谢与表观遗传调控联系起来，而表观遗传调控在T细胞恶性肿瘤中经常改变，接下来研究了PD-1失活对表达ITK-SYK癌基因的原代CD4+T细胞中组蛋白乙酰化的影响。在致癌T细胞信号传导下，无论是Pdcd1的基因缺失还是PD-1的急性药物阻断，都会显著增加组蛋白H4和H3赖氨酸27位点（H3K27）的乙酰化，证明了PD-1失活与表达癌基因的T细胞中葡萄糖依赖性组蛋白乙酰化之间的联系。通过分离组蛋白以及LC-MS/MS分析（图3G-I），

5. ACLY是PD-1下游的关键效应分子

ACLY是介导葡萄糖衍生的线粒体外乙酰辅酶A生成的关键酶（图4a）。用抗PD-L1或同位素对照抗体处理了注射了他莫昔芬的ITK-SYK小鼠，并分离出表达癌基因的CD4 T细胞。接下来，在体外培养这些细胞，并使用小分子ACLY抑制剂BMS-303141处理3小时。与二甲基亚砜（DMSO）溶剂对照相比，这种处理减少了ITK-SYK细胞中的组蛋白乙酰化（图4b）。值得注意的是，在药理学上失活PD-1通路的ITK-SYK表达细胞中，H3K27ac对ACLY功能的依赖性显著增加（图4b，c）。

6. PD-1控制表观遗传重编程和AP-1活性

为了评估对转录因子占位的染色质可及性的影响，作者进行了全基因组转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）和转录因子足迹分析。在PD-1缺陷的ITK-SYK表达T细胞中，作者观察到AP-1家族转录因子c-FOS、FOSL1、FOSL2、c-JUN、JUNB和BATF的活性评分增加（图5a，b）。接下来，作者通过使用H3K27ac ChIP-seq数据集（图4h；ChIP-Enrich分析）和来自ENCODE、JASPAR和ChEA数据库的转录因子靶基因集，进行GSEA分析，测试了PD-1缺陷的ITK-SYK表达T细胞中AP-1家族靶基因序列上的组蛋白超乙酰化情况（图5c）。作者发现，在ITK-SYK PD-1淋巴瘤细胞中，H3K27ac ChIP-seq峰值上调的c-FOS、FOSL1、FOSL2、c-JUN和BATF靶基因显著富集（图5c），与其癌前病变ITK-SYK PD-1对照组相比。此外，转化的ITK-SYK PD-1细胞中，AP-1靶mRNA物种的全局表达也增加，并且c-FOS、FOSL1、FOSL2、c-JUN和BATF基因集呈正富集（图5d）。

7. 人类PDCD1基因突变的T-NHL中的糖酵解和AP-1激活

通过流式细胞术从临床注释的皮肤起源T-NHL患者的白血病阶段原始样本中分离恶性淋巴瘤细胞进行了分析，与小鼠模型一致，检测到所有特征的显着富集，这些特征代表了PI3K-AKT-mTOR途径的增强活性，增强的HIF1α活性和与PDCD1表达受损的超进展后样品相比，葡萄糖代谢增加。最后通过ATAC-seq评估了来自三个PDCD1野生型和三个PDCD1突变CTCL的原代细胞中的染色质可及性，并进行了转录因子足迹分析（图6F-G）。与小鼠模型类似，与野生型相比，PDCD1突变体中最富集的顶级转录因子基序是AP-1家族成员。此外，在全转录水平上，PDCD1突变体和过度表达后的T-NHL样本均显示出AP-1家族成员（c-FOS，FOSL1，FOSL2，c-JUN和BATF）靶基因的显着富集（图6H）

PD-1通过调节ACLY的活性，使其利用线粒体外源柠檬酸来供应乙酰辅酶A，进而促进组蛋白的乙酰化过程，并引发肿瘤细胞内异常的AP-1活性。这些机制在侵袭性的PD-1缺陷淋巴瘤中被充分利用，而在其PD-1功能正常的对照细胞中未被激活，从而限制了糖酵解和乙酰辅酶A的生成，抑制了T细胞淋巴瘤的进展。

参考文献：

Wartewig T, Daniels J, Schulz M, Hameister E, Joshi A, Park J, Morrish E, Venkatasubramani AV, Cernilogar FM, van Heijster FHA, Hundshammer C, Schneider H, Konstantinidis F, Gabler JV, Klement C, Kurniawan H, Law C, Lee Y, Choi S, Guitart J, Forne I, Giustinani J, Müschen M, Jain S, Weinstock DM, Rad R, Ortonne N, Schilling F, Schotta G, Imhof A, Brenner D, Choi J, Ruland J. PD-1 instructs a tumor-suppressive metabolic program that restricts glycolysis and restrains AP-1 activity in T cell lymphoma. Nat Cancer. 2023 Oct;4(10):1508-1525. doi: 10.1038/s43018-023-00635-7. Epub 2023 Sep 18. PMID: 37723306; PMCID: PMC10597841.