西北工业大学《自然·通讯》：巨噬细胞靶向谷氨酰胺拮抗剂重塑免疫代谢，增敏结直肠癌联合治疗

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背景介绍

结直肠癌是全球高发且致死率居前的恶性肿瘤之一，尽管免疫治疗、化疗和靶向治疗不断进步，仅部分患者获得持久临床获益。肿瘤内在代谢重编程与免疫抑制性肿瘤微环境是治疗抵抗的主要因素。谷氨酰胺代谢在支持肿瘤进展和免疫逃逸中发挥核心作用，不仅为肿瘤细胞提供生物合成原料，还深刻影响肿瘤相关巨噬细胞（TAM）向免疫抑制表型极化。广谱谷氨酰胺拮抗剂DON虽展现出抗肿瘤潜力，但严重的胃肠道毒性限制了其临床转化，其前药JHU-083虽有所改善，仍面临免疫选择性和靶向性不足的挑战。

研究思路

针对上述挑战，西北工业大学卫高菲教授、第四军医大学杨乐教授等团队，设计了一类新型免疫代谢药物偶联物（IMDC）WGF-T17（T17），将谷氨酰胺拮抗剂DON与具有巨噬细胞靶向特性的青蒿琥酯共价偶联。T17通过青蒿琥酯介导的巨噬细胞优先摄取，实现谷氨酰胺代谢在TAM中的选择性阻断。在机制上，T17将巨噬细胞代谢重编程为糖酵解优势型，诱导乳酸堆积和H4K12组蛋白乳酸化，激活DRP-1依赖的线粒体分裂，增强巨噬细胞吞噬活性，从而将其重编程为促炎抗肿瘤状态。在小鼠结直肠癌模型中，T17通过巨噬细胞依赖性途径展现出优于JHU-083的肿瘤控制效果，并显著增敏免疫检查点抑制剂、化疗和抗血管生成治疗。相关内容以Reprogramming macrophage immunometabolism via glutamine antagonism potentiates colorectal cancer therapy in mice发表在 Nature Communications！

图片解析

图1. 靶向谷氨酰胺代谢调控结直肠癌巨噬细胞极化： (a) TCGA数据库中结直肠癌组织（n=455）与正常组织（n=820）GLS1表达分析。(b) 基于GLS表达分层的TCGA结直肠癌患者总生存期Kaplan-Meier分析。(c) 结直肠癌患者组织采集与分析流程示意图。(d) 50对结直肠癌患者肿瘤组织与配对正常组织中谷氨酰胺含量定量分析。(e-g) 代表性免疫荧光染色及GLS1表达平均荧光强度分析，标尺150 μm（放大图100 μm）。(h) TCGA-COAD数据集中GLS1表达与促炎及抗炎巨噬细胞标志物的Spearman相关性分析。(i) GLS1高表达与低表达肿瘤中CD86和CD163免疫荧光分析，标尺100 μm。(j) GLS1平均荧光强度与CD86平均荧光强度的Spearman相关性分析。

图2. WGF-T17体内抑制结直肠肿瘤生长： (a) JHU-083与WGF-T17的化学结构。(b) MC38（n=6）和CT26（n=5）皮下荷瘤模型实验方案示意图。(c-e) MC38模型中治疗期间体重变化（c）及肿瘤生长曲线（d、e）。(f) MC38模型终点（第23天）肿瘤重量。(g) MC38模型治疗期间生存分析。(h) MC38肿瘤H&E染色（上）和Ki67免疫组化（下），标尺100 μm。(i) MC38-luc原位荷瘤模型实验方案示意图。(j-k) MC38-luc荷瘤小鼠生物发光成像及定量分析（n=5）。(l) MC38-luc模型终点（第27天）肿瘤重量。(m) MC38-luc模型治疗期间体重变化（n=5）。

图3. WGF-T17的抗肿瘤作用依赖于巨噬细胞： (a) 体内免疫激活分析MC38模型实验方案示意图。(b-c) 肿瘤组织中促炎巨噬细胞（CD86+F4/80+）流式结果及统计（n=3）。(d) 肿瘤组织中抗炎巨噬细胞（CD206+F4/80+）统计（n=3）。(e-l) 各治疗组血清和肿瘤匀浆中关键细胞因子ELISA定量（n=3）。(m) 体内巨噬细胞清除实验方案示意图。(n-o) MC38（n）和CT26（o）模型中巨噬细胞清除后的肿瘤生长曲线（n=5）。(p-r) 肿瘤组织中F4/80+巨噬细胞流式结果及统计（n=3）。(q-s) 肿瘤组织中F4/80+巨噬细胞免疫组化代表图及统计（n=6），标尺100 μm。(t) 体外巨噬细胞-肿瘤细胞共植入实验方案示意图。(u-v) 共植入模型中肿瘤生长曲线及终点肿瘤重量（n=5）。(w) MC38荷瘤小鼠小肠组织CD86+巨噬细胞免疫组化，标尺100 μm。

图4. WGF-T17促进巨噬细胞向促炎表型极化： (a-b) RAW264.7（a）和BMDM（b）中CD86+巨噬细胞流式分析（n=3）。(c) RAW264.7和BMDM中CD86蛋白水平表达。(d) RAW264.7和BMDM中CD86+巨噬细胞免疫荧光代表图，标尺60 μm。(e-f) RAW264.7（e）和BMDM（f）中TNF细胞因子ELISA分析（n=3）。(g-i) IL-4预处理的BMDM中流式结果（g）及CD86（h）和CD206（i）统计（n=3）。(j-k) IL-4预处理的RAW264.7（j）和BMDM（k）中CD86和CD206蛋白水平表达。(l) BMDM中CD86+（红色）和CD206+（绿色）免疫荧光代表图，标尺100 μm（放大图50 μm）。(m) T17与JHU-083处理组中CD86+或CD206+巨噬细胞代表性基因表达水平。(n) T17与JHU-083处理组间差异基因GO富集分析（|log2FC|≥1，q<0.05）。

图5. WGF-T17调控巨噬细胞代谢增加乳酸堆积： (a) GSEA富集中巨噬细胞代谢相关通路点阵图。(b) 基于TCGA数据集的T17与JHU-083差异基因GSEA富集分析，KEGG糖酵解/糖异生通路（NES=1.24，P=0.04）和氧化磷酸化通路（NES=-1.45，P=0.013）显著富集。(c) TAM中糖酵解和氧化磷酸化代表性基因表达热图。(d) BMDM和RAW264.7中糖酵解关键蛋白HK2的蛋白水平表达（n=3）。(e) 对照组与T17处理组BMDM代谢组学主成分分析（n=5）。(f) BMDM差异代谢物热图。(g) T17 vs对照组、T17 vs JHU-083、JHU-083 vs对照组的差异代谢物统计。(h) IMDC T17调控巨噬细胞葡萄糖-谷氨酰胺代谢通路示意图。(i) T17处理后葡萄糖-谷氨酰胺代谢通路关键代谢物相对变化（n=5）。(j) BMDM药物处理后胞内乳酸相对含量（n=3）。(k) T17介导的巨噬细胞谷氨酰胺代谢抑制和糖酵解增强示意图。

图6. WGF-T17通过乳酸化增强巨噬细胞吞噬功能： (a) RAW264.7和BMDM中Pan-kla蛋白水平表达。(b) BMDM中Pan-kla（绿色）免疫荧光代表图，标尺40 μm。(c) BMDM中多种乳酸化组蛋白的蛋白水平表达（n=3）。(d) 对照组与T17处理组中H4K12la在转录起始位点上下游3-kb范围内CUT&Tag信号热图。(e) CUT&Tag测序GO富集分析。(f) 指定基因H4K12la信号的IGV代表图。(g) RAW264.7和BMDM中DRP-1蛋白水平表达。(h) BMDM中DRP-1（绿色）免疫荧光代表图，标尺30 μm。(i) Mdivi-1、T17及T17+Mdivi-1处理BMDM中DRP-1（绿色）和MitoTracker（红色）免疫荧光，标尺30 μm。(j) T17处理BMDM线粒体透射电镜代表图，上图标尺5 μm，下图标尺500 nm。(k) RAW264.7吞噬能力流式分析。

图7. WGF-T17增敏临床治疗疗效： (a) T17联合多种临床药物实验设计方案示意图，涵盖免疫检查点抑制剂（αPD-L1和αCTLA-4）、化疗药物5-FU和VEGFR靶向抗体DC101。(b) 治疗期间体重变化、肿瘤生长曲线及生存分析（n=6）。(c) IMDC T17调控巨噬细胞机制示意图。

结论

本研究开发的WGF-T17是一种巨噬细胞靶向的谷氨酰胺拮抗剂，通过整合代谢、表观遗传和线粒体重塑三重机制重编程巨噬细胞功能。T17通过青蒿琥酯介导的巨噬细胞优先摄取实现谷氨酰胺代谢的免疫选择性阻断，将巨噬细胞代谢转向糖酵解，导致乳酸堆积和H4K12组蛋白乳酸化，激活DRP-1依赖的线粒体分裂并增强吞噬活性。在小鼠结直肠癌模型中，T17通过巨噬细胞依赖性途径展现出优于JHU-083的肿瘤控制效果和更低的胃肠道毒性。更重要的是，T17显著增敏了免疫检查点抑制剂、5-FU化疗和抗血管生成治疗的疗效。这些发现揭示了“谷氨酰胺-乳酸-H4K12乳酸化-线粒体分裂”这一免疫代谢调控轴，为结直肠癌及潜在其他谷氨酰胺依赖性实体瘤的免疫代谢治疗提供了新策略和候选药物。