免疫代谢新突破：SEP调节精氨酸代谢重塑系统代谢与免疫，抑制HER2阳性乳腺癌发生

《Cancer & Metabolism》：Immunogenic shift of arginine metabolism triggers systemic metabolic and immunological reprogramming to suppress HER2?+?breast cancer

本研究聚焦于纠正肿瘤中异常的精氨酸代谢，通过长期给予SEP，成功抑制HER2阳性乳腺癌的发生，揭示了SEP/BH4/NO轴在促进记忆T细胞形成及肿瘤预防中的潜在作用，为癌症预防提供了新思路。

　　

在肿瘤微环境中，精氨酸代谢往往偏向产生促肿瘤和免疫抑制的多胺（PAs），同时抑制一氧化氮（NO）合成途径。为纠正肿瘤中的精氨酸代谢异常，研究人员探索了多种策略，但常伴随严重副作用。本研究中，国外研究团队以纠正肿瘤精氨酸代谢为目标，通过长期给予SEP（Sepiapterin，四氢生物蝶呤的内源性前体）处理，成功抑制了HER2阳性乳腺癌的发生，并揭示了其潜在的系统代谢和免疫重塑机制。

研究结果表明，SEP处理能有效纠正肿瘤细胞和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的精氨酸代谢，诱导代谢和表型重编程，抑制肿瘤生长，且在动物模型中展现出良好的肿瘤预防效果。该研究为癌症预防提供了新的潜在治疗策略，相关成果发表于《Cancer & Metabolism》期刊。 

为开展此项研究，研究人员主要运用了以下关键的技术方法：利用体外细胞模型研究精氨酸代谢途径的调控机制；通过动物模型评估SEP对肿瘤发生和生长的影响；借助单细胞测序技术分析SEP处理后动物外周血单个核细胞（PBMCs）的细胞类型和基因表达变化；采用代谢组学分析技术比较SEP处理组与对照组动物的血浆代谢物差异；运用CUT&Tag技术分析SEP处理动物骨髓的表观遗传学特征。 研究背景部分指出，精氨酸是一种半必需氨基酸，主要通过两种对立的代谢途径代谢：生成一氧化氮（NO）和多胺（PAs）。在肿瘤中，精氨酸倾向于转化为PAs，这些小的多阳离子代谢物对细胞生长和免疫抑制至关重要，且高水平的PAs有助于建立“冷”肿瘤微环境，抑制细胞毒性（CD8?）记忆T细胞的形成，从而削弱免疫反应。

此外，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）主要极化为免疫抑制的M2型，它们优先从精氨酸产生PAs，进一步提高肿瘤微环境中的PA水平。这种肿瘤中PA合成的优先性主要是由于替代的NO合成途径受到抑制，而NO合成途径的抑制主要是由于四氢生物蝶呤（BH4）的可用性降低，BH4是NO合酶（NOS）的必需辅因子，常因氧化失活而受到靶向。研究团队此前发现，通过补充SEP能够纠正肿瘤细胞和TAMs中的精氨酸代谢，并诱导它们的代谢和表型重编程，且在动物模型中有效抑制了HER2阳性乳腺肿瘤的生长，且SEP在代谢紊乱的临床试验中未报告有剂量依赖性毒性。 在实验研究中，研究人员首先通过体外实验验证了SEP对精氨酸代谢的调控作用。他们发现，在MCF10A人类乳腺癌进展系列（从正常MCF10A到癌性CA1d）中，癌症进展与基础BH4和NO水平的下降以及HER2和增殖标记物Ki67水平的上升密切相关。而当用SEP处理CA1d癌细胞时，BH4和Ki67水平被归一化至正常MCF10A细胞的水平，SEP处理的CA1d细胞中PA水平降低，而NO水平升高，诱导精氨酸代谢从PA合成向NO合成转变。此外，SEP处理还使CA1d细胞中一组其他代谢物的水平归一化，这些代谢物主要涉及能量产生的脂肪酸和核苷酸代谢。 进一步研究发现，SEP能够重编程肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）。在HER2阳性乳腺肿瘤中，由于存在大量免疫抑制细胞，包括M2型TAMs，导致肿瘤免疫原性较差。M1型和M2型TAMs的形成主要取决于不同的精氨酸代谢途径。M1型TAMs将精氨酸转化为NO以进行促炎信号传导，而M2型TAMs将精氨酸转化为PAs以进行抗炎信号传导。研究人员利用人类单核细胞系THP-1，发现抑制M1型巨噬细胞中的NO产生会使M1标记TNFα降低，而M2标记CD206升高；相反，抑制M2型巨噬细胞中的PA产生会使TNFα升高，而CD206降低。SEP处理能够使M2型巨噬细胞的BH4水平恢复至与M1型巨噬细胞相似的水平，同时使M2型巨噬细胞表达M1标记TNFα，而降低M2标记CD163。此外，SEP处理的M2型巨噬细胞以剂量依赖性方式升高M1细胞因子IL-12，同时降低M2细胞因子IL-10，进一步证实了M2型向M1型巨噬细胞的表型转换。 在动物实验中，研究人员使用MMTV-neu小鼠模型（一种自发性HER2阳性乳腺肿瘤小鼠模型）来测试SEP对肿瘤生长和发生的抑制效果。结果显示，与对照组（DMSO处理）相比，SEP处理组小鼠的肿瘤生长显著减少约50%，且SEP处理的肿瘤更具分化性，含有许多乳腺腺泡样结构。

此外，SEP处理组肿瘤中的TAMs表现出M1标记（CD80和IL-12）增加，而M2标记（CD163和IL-10）减少，这表明SEP通过增加M1型TAMs和减少M2型TAMs来发挥其抗肿瘤作用。进一步的长期预防实验表明，从5周龄开始，对MMTV-neu小鼠进行为期8个月的SEP（1 mg/kg）处理，与DMSO处理组相比，超过50%的SEP处理组小鼠完全免于肿瘤发生。 为探索SEP抗肿瘤作用的潜在机制，研究人员对经过8个月SEP或DMSO处理的MMTV-neu小鼠的外周血单个核细胞（PBMCs）进行了单细胞测序分析。结果显示，SEP处理组小鼠的PBMCs主要为T细胞（CD8?和CD4?）和NK细胞，而DMSO处理组小鼠的PBMCs主要为B淋巴细胞。此外，SEP处理组小鼠的PBMCs表现出一系列促免疫基因（如TNFAP3、PIM1、LMO2等）的表达增加，而免疫抑制基因（如S100A8/9、MMP9、TGFB1等）的表达降低，这表明SEP诱导了全身免疫重编程，增强了抗肿瘤淋巴细胞的活性。 研究人员还对SEP处理组和DMSO处理组小鼠的血浆代谢物进行了比较分析。结果显示，SEP处理组小鼠的血浆代谢物整体降低，特别是那些与能量产生和免疫抑制途径相关的代谢物，如TCA循环、核苷酸代谢、苯丙氨酸和色氨酸代谢等。相反，SEP处理组小鼠中上调的代谢物主要涉及促炎途径，如组氨酸/组胺、牛磺酸和辅酶A代谢。

此外，通过ROC曲线分析，研究人员发现SEP处理组与DMSO处理组之间存在一系列差异代谢物，其中一些代谢物如campesterol、1-棕榈酰基-甘油磷脂酰肌醇（LysoPI）和1-硬脂酰基-GPC（LycoPC）等在SEP处理组中下调，而phenylacetylcarnitine等在SEP处理组中上调，这些代谢物的变化可能与SEP的抗肿瘤作用有关。 最后，研究人员通过CUT&Tag技术分析了SEP处理组和DMSO处理组小鼠骨髓的表观遗传学特征。结果显示，SEP处理组小鼠骨髓中的H3K27me3（抑制）和H3K27ac（激活）组蛋白标记均高于DMSO处理组。SEP处理组中H3K27me3标记上调的基因主要涉及免疫抑制途径，而H3K27ac标记上调的基因主要涉及促炎反应途径，包括T细胞激活和发育相关基因（如IL6RA、IL7R、IFNGR2和CD44）。此外，SEP处理组小鼠骨髓中的T细胞、B细胞和干细胞总数显著增加，这表明SEP可能通过促进记忆T细胞的形成来发挥长期的抗肿瘤保护作用。

 综上所述，本研究揭示了SEP通过调节精氨酸代谢，重塑系统代谢和免疫反应，从而抑制HER2阳性乳腺癌发生的潜在机制。这些发现不仅为癌症预防提供了新的策略，还强调了SEP