影响因子：10.3
研究概述：尽管治疗取得了重大进展，但肺癌仍然是癌症相关死亡的主要原因。抗程序性细胞死亡蛋白-1 （PD-1）疗法已成为一线希望之光，作为晚期非小细胞肺癌 （NSCLC） 患者的一线治疗选择显示出可喜的结果。然而，对免疫检查点抑制剂（ICI）的反应率仍然不高，耐药性问题仍然是一个重大问题。各种生物标志物，包括程序性死亡配体 1（PD-L1）表达、突变负荷、错配修复缺陷、浸润淋巴细胞和炎症基因表达已被广泛研究以预测 ICI 的有效性，然而观察到的结果并未达到预期的成功水平，因此迫切需要能够准确预测 ICI 有效性的更特异性生物标志物。脂质代谢异常是在癌症中观察到的显着代谢变化，癌细胞利用脂质代谢来获取能量，合成生物膜，并增强增殖、侵袭和转移，这种改变会显著影响肿瘤微环境和对癌症治疗的反应。肿瘤细胞中脂质代谢的失调会导致免疫抑制表型，因为它与复杂的肿瘤免疫微环境广泛相互作用。最近的研究表明，脂质代谢异常癌症患者阻碍了抗 PD-1 单药治疗的疗效。因此，靶向改变的脂质代谢途径已成为一种可能有前途的抗癌治疗策略。在这项研究中，作者对TCGA-LUAD患者的脂质代谢模式进行了全面分析，研究了这些模式与肿瘤免疫微环境之间的相关性，以开发脂质代谢评分（LMS）系统并确定抗 PD-1 单药治疗的潜在致敏剂。
研究结果：
基于 LUAD 脂质代谢谱的脂质代谢评分系统的构建
基于97个脂质代谢基因，作者对TCGA-LUAD队列进行了无监督聚类，产生了两个不同的pattern。为了研究不同脂质代谢模式的生物学行为，作者进行了GSVA富集分析，结果表明HALLMARK 数据集中的 50 条通路在两个亚群中均显著富集。具体来说，Pattern2 在 HALLMARK DNA REPAIR、HALLMARK E2F TARGETS、HALLMARK HYPOXIA 等通路中表现出富集（图 1A）。此外，作者研究了两种脂质代谢模式的肿瘤微环境概况，观察到亚群之间的大多数免疫细胞浸润存在显着差异（图 1B、C）。此外，与 Pattern2 相比，Pattern1 表现出较低的基质评分和总 ESTIMATE 评分（图 1D-F），而 Pattern2 的肿瘤纯度显着更高（图 1G）。然而，免疫评分未显示两个亚群之间的显着差异（图 1E）。
为了探索与不同脂质代谢模式相关的基因的生物学相关性，作者采用 limma R 软件包来精确定位两群之间共594个差异基因，这些基因在两种脂质代谢模式中都显示出显着富集。KEGG分析显示，DEGs 在细胞外基质（ECM）受体相互作用和细胞周期等途径中显著富集（图 1H）。然后，我们使用 594 个 DEGs 进行无监督聚类分析，将肿瘤样本分类为不同的基因组亚型 geneCluster1 和 geneCluster2。结果与脂质代谢模式的聚类分组一致，揭示了两种不同的脂质代谢基因组表型，geneCluster1 和 geneCluster2，geneCluster2 的总生存期较差（图 1I）。此外，作者观察到不同基因组亚型患者的临床特征分布存在显著差异（图 1J）。作者进一步比较了两种基因组表型之间脂质代谢基因的差异，发现大多数脂质代谢基因显著差异表达，前20个基因根据其p值按显著性升序排列（图 1K）。
LMS系统的外部验证
对 594 个 DEGs 进行单因素 Cox 分析，鉴定出 137 个与预后相关的基因。随后，对这些基因进行 PCA 以计算 LMS 系统，根据分数的中位数将样本分为高分组和低分组，高分组的 OS 时间显着缩短（图 2A）。1 、3 和 5 年的 AUC 分别为 0.694、 0.644和0.623，表明该评分提供了良好的表征。LMS 系统在验证集中进行了验证，结果显示 GSE72094数据集样本在1 年、3 年和5 年的AUC分别为 0.696 、 0.671 和 0.774。 GSE42127 数据集样本在 1 年、 3 年和 5 年的 AUC 分别为 0.891 和 0.774。GSE50081 数据集的 AUC 分别为 0.675、0.722 和 0.775，所有四个验证集都显示出一致性（图 2B-D）。多因素 Cox 分析显示，LMS 仍然是一个独立的预后因素 （图 2E-H）。
基于脂质代谢评分筛选潜在治疗策略
作者检查了 LMS 对免疫功能正常队列中患者预后的预测能力。虽然 GSE135222 的生存曲线未显示统计学意义，但 GSE135222 和 IMvigor210 这两个队列都表现出与整个队列的一致性，并且预后较差（图 3A-F），表明可能与免疫治疗反应不佳有关。这些结果表明 LMS 可能在指导未来的临床使用方面具有价值。为了预测训练集样本的癌症药物敏感性基因组学（GDSC）数据库药物 IC50 值，作者在本研究中使用了 R 包 oncoPredict，通过将 GDSC 数据库药物信息与训练集的表达谱相结合，分析了 LMS 与每个药物 IC50之间的 spearman 相关性，将 MK1775、多西他赛和 AZD7762 确定为具有显著负相关的前三种药物（p<0.05，图 3G-H）。这些发现表明，这些药物可能具有作为调节肿瘤脂质代谢的抗肿瘤药物的潜力。
MK1775 通过抑制肿瘤脂质代谢和增强抗 PD-1 疗效来抑制肿瘤增殖
与其他两种药物相比，MK1775 排名第一 （图 3G）。在 MK1775 处理后观察到油红 O 染色最显着的变化（图 4A，B），表明 MK1775 和 LMS 之间具有很强的相关性。于是作者在体外和体内进一步研究 MK1775。体外实验显示，MK1775 上调肿瘤细胞表面 PD-L1 的表达（图 4C），表明与 PD-1 单克隆抗体的疗效存在潜在关联。此外，体内实验证实，MK1775 与 PD-1 单克隆抗体联合使用时，对肿瘤增殖的抑制作用显着增强（图 4D，E），对照组和实验组之间的体重没有显着差异（图 4F）。H&E 染色结果显示 PD-1 单克隆抗体表现出一定的肾毒性，MK1775 处理减轻了这种毒性，且MK1775 未显示出显着的肝毒性或肾毒性（图 4G）。MK1775 和 PD-1 单克隆抗体均有效抑制肿瘤中脂质积累和 Ki67 表达，当一起使用时，它们的抑制作用显着增强。此外，免疫组化表明 MK1775 上调肿瘤中 PD-L1 的表达（图 4H）。
MK1775 通过抑制肿瘤细胞中的 PI3K/AKT/mTOR 信号传导来抑制肿瘤细胞和 TAM 之间的脂质串扰
肿瘤组织多重免疫荧光结果显示，MK1775 处理组肿瘤细胞和 TAMs 的数量显着减少。与单药组相比，PD-1 偶联组的 TAM 数量没有显着差异，但肿瘤细胞的数量进一步减少（图 5A）。为了研究 MK1775 是否促进肿瘤和 TAMs 之间的脂质串扰并增强抗 PD-1 单克隆抗体的疗效，作者对 MK1775 处理的 H1299 细胞进行了脂质质谱分析，发现MK1775 显着下调脂质，包括 FFA 、 TAG 、 24-OH-胆固醇和鞘磷脂 （图 5B，C）。对 MK1775 处理的 H1299 细胞进行了 RNA 测序分析，下调的差异基因富集分析显示，最富集的基因与 PI3K-AKT 信号通路有关（图 5D，E）。Western blot 分析显示，MK1775 抑制 PI3K 和下游 mTOR 的磷酸化活性，AKT 以及 FASN 的表达。此外，PI3K 激活剂能够部分逆转 MK1775 的抑制作用（图 5F）。
MK1775 通过下调 PI3K/AKT/mTOR 通路介导的脂肪酸合成重塑 TME
体内实验表明，MK1775 的肿瘤抑制作用被 Fasn 的过表达部分逆转（图 6A）。肿瘤浸润免疫细胞的流式细胞术分析显示，MK1775 显着增加 CD8+ T 细胞水平，而 Fasn 过表达导致 CD8+ T 细胞显着减少。MK1775 显着降低 TAMs 的丰度，而 Fasn 的过表达导致肿瘤中 TAM 积累的上调。MK1775 对细胞毒性 T 淋巴细胞 （CTL） 和 TAM 的影响可以被 Fasn 部分逆转（图 6B-D）。ELISA 测定表明，MK1775 显着降低肿瘤中 CXCL10 、 CXCL11、IFN-γ 和 IL-2 的表达（图 6E）。我们的研究结果进一步支持了 MK1775 促进 CD8+ T 细胞流入同时减少 TAM 的观点（图 6F）。
在体外实验中，使用 BODIPY-C11 标记与用 MK1775 和/或过表达 Fasn 处理的 LLC 细胞共培养的 M2 型巨噬细胞，观察到 MK1775 抑制 TAM 中的脂肪酸氧化（FAO），但 Fasn 的过表达部分逆转了这种作用（图 6G）。此外，MK1775 抑制线粒体氧化（OCR），同时提高 TAMs 的 FAO 水平。然而，这种效应在 Fasn 过表达后部分逆转（图 6H）。体外 ELISA 测定表明MK1775 促进肿瘤细胞中 CXCL10 和 CXCL11 的分泌，这种分泌被 PI3K 激活抑制，MK1775 逆转了这种抑制（图 6I）。qPCR和WB实验证实，MK1775 促进 CXCL10 和 CXCL11 的转录因子 IRF1 的表达，但PI3K 激活抑制了 IRF1，但 MK1775 部分恢复了其表达（图 6J，K）。总之，这些发现表明 MK1775 抑制 TAM 中的 FAO 并调节 TME 中的免疫细胞组成。
研究总结
脂质代谢重编程是癌症的一个关键特征，该研究开发了一种 LMS 系统来准确预测 ICIs 的治疗反应，使用 LMS 系统，作者发现 MK1775 有可能成为对 PD-1 单药治疗无反应或耐药的患者进行联合治疗的有效药物，这项研究为利用脂质代谢调节来提高癌症免疫疗法有效性的新策略提供了见解。
