SAICAR驱动调节性T细胞分化及FOXP3维持以促进免疫治疗耐药

《Cancer Research》：SAICAR Drives T Regulatory Cell Differentiation and FOXP3 Maintenance to Promote Immunotherapy Resistance Open Access

　　

调节性T（Treg）细胞在肿瘤微环境（TME）中显著削弱抗PD-1免疫检查点阻断疗法的疗效。代谢重编程已成为抗肿瘤免疫的关键决定因素，这凸显了明确编程肿瘤微环境中Treg分化的代谢线索的必要性。本研究确定嘌呤生物合成中间体琥珀酰氨基咪唑羧酰胺核糖-5'-磷酸（SAICAR）是Treg诱导及抗PD-1免疫治疗耐药的关键代谢驱动因子。从机制上讲，SAICAR直接结合丝氨酸/苏氨酸磷酸酶PPM1A，抑制SMAD3去磷酸化，从而维持TGFβ-SMAD3信号传导。持续的SMAD3激活增强了叉头框蛋白P3（FOXP3）转录并稳定了Treg谱系。在人类肿瘤和小鼠模型中，瘤内SAICAR水平升高与Treg积累增加、效应T细胞功能抑制以及PD-1阻断失败相关。遗传学或药理学降低SAICAR水平可恢复抗肿瘤免疫并使肿瘤对PD-1治疗增敏。值得注意的是，低剂量6-巯基嘌呤（6-MP）破坏了SAICAR驱动的免疫抑制，并与抗PD-1治疗协同作用，且不诱导系统性免疫毒性。总之，这些发现确立了SAICAR作为一种免疫代谢调节因子，其连接了嘌呤代谢与免疫逃逸，并强调了克服代谢物驱动的免疫检查点阻断耐药性的治疗可行通路。

论文解读：SAICAR通过PPM1A-SMAD3轴驱动Treg介导的免疫治疗耐药

研究背景与立题依据

癌症免疫治疗通过激活免疫系统消除恶性细胞，已改变肿瘤学的治疗格局。然而，免疫检查点抑制剂（ICI），特别是抗PD-1/PD-L1抗体，在临床应用中常面临耐药问题。肿瘤微环境（TME）的代谢重编程被认为是导致免疫治疗耐药的关键因素之一，肿瘤细胞通过改变碳水化合物、脂质、氨基酸和核苷酸代谢，不仅支持自身生长，还重塑免疫景观，限制效应T细胞（Teff）功能并促进免疫抑制。调节性T（Treg）细胞在TME中的积累是免疫抑制的典型特征，其与PD-1/PD-L1阻断疗效不佳密切相关。尽管代谢重塑在免疫治疗耐药中的作用日益凸显，但调控TME中Treg命运的具体代谢线索尚不完全清楚。琥珀酰氨基咪唑羧酰胺核糖-5'-磷酸（SAICAR）作为嘌呤从头合成途径的中间体，已被证实在营养限制条件下可通过变构激活丙酮酸激酶M2（PKM2）促进肿瘤细胞存活，但其在TME免疫细胞中的作用及其是否参与免疫检查点阻断（ICB）耐药尚未被探索。本研究旨在阐明SAICAR在免疫治疗耐药中的角色及机制，相关成果发表于《Cancer Research》。

关键技术方法

研究人员整合了多组学分析与多种实验模型。临床样本方面，收集了胃癌（GC）和结直肠癌（CRC）患者的肿瘤组织，分为治疗敏感组与耐药组，进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）、批量RNA测序及超高效液相色谱-串联质谱（UPLC/MS-MS）代谢组学分析。动物模型方面，构建了携带Adsl（腺苷酸琥珀酸裂解酶）或Paics（磷酸核糖氨基咪唑琥珀酰羧胺合酶）基因敲除/敲低的MC38、LLC、MFC小鼠肿瘤模型，以及骨髓嵌合体模型和T细胞转移结肠炎模型。机制研究采用了SAICAR下拉实验、免疫共沉淀、表面等离子共振（SPR）及分子对接技术验证蛋白互作，并通过染色质免疫共沉淀（ChIP）和荧光素酶报告基因实验验证了下游信号通路。

研究结果

SAICAR积累被鉴定为抗PD-1治疗耐药的驱动因子

通过对接受抗PD-1治疗的胃癌和肺癌患者肿瘤样本进行RNA测序和代谢组学分析，研究人员发现嘌呤从头生物合成通路相关基因集在耐药患者中显著富集。代谢物检测显示，耐药肿瘤中SAICAR水平显著升高，且高SAICAR浓度与患者较短的总生存期（OS）和无进展生存期（PFS）相关。在小鼠模型中，通过敲低Adsl（促进SAICAR积累）或敲低Paics（减少SAICAR生成）操纵肿瘤细胞内SAICAR水平，结果显示SAICAR积累促进了肿瘤生长并诱导了对PD-1抗体治疗的耐药，而降低SAICAR则增强了治疗效果并延长了小鼠生存期。

SAICAR驱动的肿瘤生长不依赖于PKM2

既往研究报道SAICAR在高浓度下可激活PKM2促进肿瘤细胞增殖。但在本研究的生理浓度范围内（约1 μmol/L），SAICAR并未增强PKM2活性。此外，在Pkm2敲低的细胞中，SAICAR仍能驱动肿瘤进展，且体外实验表明SAICAR不影响肿瘤细胞的增殖能力。这表明SAICAR的促瘤及耐药作用独立于PKM2激活，可能通过影响免疫细胞发挥作用。

SAICAR促进TME中Treg的富集

利用Rag2^-/-小鼠实验证实了适应性免疫是SAICAR发挥作用的必要条件。对18例初治胃癌患者的肿瘤样本进行scRNA-seq分析，发现高嘌呤从头合成评分的肿瘤中Treg细胞比例显著增加。流式细胞术分析进一步证实，在胃癌和结直肠癌患者中，瘤内SAICAR水平与Treg浸润比例、Treg/Teff比值呈正相关。在小鼠模型和移植了患者来源类器官（PDO）的人源化小鼠模型中，Adsl敲除导致的SAICAR积累同样增加了Treg频率，而使用抗CTLA4抗体清除Treg可逆转SAICAR驱动的肿瘤生长和耐药表型。

SAICAR直接促进Treg分化

为区分SAICAR的作用靶点，研究人员构建了造血系统特异性及T细胞特异性Adsl或Paics基因敲除小鼠。结果显示，仅在T细胞内积累SAICAR即足以加速肿瘤生长并增加Treg比例。体外分化实验表明，SAICAR以剂量依赖的方式促进初始CD4⁺T细胞向Treg分化，并增强了Treg对CD8⁺T细胞扩增的抑制能力。人类细胞实验也得到一致结论，SAICAR处理增强了人诱导Treg的FOXP3表达稳定性及抑制功能。竞争性共培养实验进一步证明SAICAR以细胞内在方式促进Treg分化。在T细胞转移结肠炎模型中，过继转移SAICAR积累的T细胞减轻了结肠炎症状，并伴随结肠Treg比例的增加。

SAICAR通过抑制PPM1A调节TGFβ-SMAD3通路以驱动Treg分化和稳态

机制上，转录组分析和生化实验揭示，SAICAR并非通过影响AMPK-mTOR通路，而是直接结合丝氨酸/苏氨酸磷酸酶PPM1A。SPR和分子对接证实了SAICAR与PPM1A的直接相互作用。SAICAR结合抑制了PPM1A的磷酸酶活性，阻止了SMAD3的去磷酸化，从而维持了TGFβ-SMAD3信号的持续激活。ChIP和荧光素酶实验证实，持续的SMAD3激活增强了Foxp3基因座的转录。在Smad3^-/-小鼠中，SAICAR无法促进Treg分化，证明了SMAD3是该通路的关键介质。

讨论与结论

本研究揭示了嘌呤代谢中间体SAICAR作为一种关键的免疫代谢调节因子，通过非经典途径（不依赖PKM2）促进Treg分化和免疫抑制微环境的形成。其核心机制在于SAICAR直接结合并抑制磷酸酶PPM1A，阻断SMAD3去磷酸化，从而维持TGFβ-SMAD3信号通路的持续激活，最终稳定FOXP3表达并驱动Treg谱系定型。这一发现连接了肿瘤代谢与免疫逃逸，解释了为何高嘌呤代谢活性的肿瘤往往对抗PD-1治疗产生耐药。重要的是，该研究提出了一种治疗策略，即利用低剂量6-巯基嘌呤（6-MP）靶向嘌呤合成以减少SAICAR积累，可有效逆转免疫抑制并与抗PD-1治疗产生协同效应，且未观察到显著的系统性免疫毒性。这为克服代谢物驱动的免疫治疗耐药提供了坚实的理论基础和潜在的临床转化路径。