Nature Cell Biology：汪秀星等合作揭示巨噬细胞来源乳酸转运对胶质母细胞瘤抗肿瘤免疫力的影响及相关机制

2026年1月，南京医科大学、北卡罗来纳大学教堂山分校等单位的相关研究人员在《Nature Cell Biology》（IF: 19.1）上发表了题为“Inhibiting macrophage-derived lactate transport restores cGAS–STING signalling and enhances antitumour immunity in glioblastoma”的研究论文，揭示肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）来源的乳酸及其介导的乳酸化修饰是胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）维持免疫抑制微环境的关键调控因子，为开发胶质母细胞瘤（GBM）的联合治疗策略开辟了新途径。

亮点概述：

TAMs通过单羧酸转运蛋白MCT4分泌乳酸，GSCs借助MCT1摄取乳酸，形成 “TAMs—乳酸—GSCs” 的代谢交互轴。
非同源末端连接蛋白KU70 K317 位点的乳酸化修饰通过增强非同源末端连接（NHEJ）修复、抑制cGAS-STING通路，双重促进GSCs存活与免疫逃逸。
KU70 K317乳酸化通过强化KU70-KU80-DNA-PKcs复合物形成，提升GSCs的DNA损伤修复能力及干细胞特性。
靶向乳酸转运（MCT1/MCT4 抑制剂）或 KU70 K317乳酸化位点，与抗PD-1抗体联合使用，可显著增强GBM模型的抗肿瘤免疫力，延长存活期。

研究背景：

GBM是一种侵袭性强的原发性脑肿瘤，具有快速侵袭和增殖能力。GSC是具有干细胞特性的细胞亚群，包括自我更新、分化和肿瘤形成能力。GSC内在的遗传异常通过促进血管生成和免疫抑制来塑造肿瘤微环境（TME），进而驱动肿瘤的生长和进展。TME是支持肿瘤生长和侵袭的特殊生态系统，包含肿瘤细胞、血管成分、免疫细胞群、细胞外基质和可溶性因子。肿瘤细胞的异常代谢会引发免疫细胞群的代谢重编程，形成影响免疫治疗效果的免疫抑制性微环境。TAMs是主要的免疫细胞群，促成了GBM的免疫抑制特征。然而，它们与肿瘤细胞之间的代谢相互作用仍有待深入研究。

乳酸是肿瘤代谢中的一种代谢副产物，这在先前关于Warburg效应的研究中已得到证实。乳酸化是一种由乳酸诱导的翻译后修饰，通过乳酸辅酶A将乳酸与蛋白质连接，调控基因表达和蛋白质活性。作为一种信号代谢物，乳酸通过单羧酸转运蛋白（MCTs）进行跨膜转运。已有研究表明，MCT4介导的乳酸分泌使巨噬细胞极化为促肿瘤表型，抑制T细胞功能并削弱抗癌治疗效果。肿瘤来源的乳酸驱动巨噬细胞极化为M2表型。然而，免疫细胞通过乳酸转运塑造TME的作用仍不明确。

代谢重编程对基因组和表观基因组稳定性至关重要，DNA损伤修复是维持基因组完整性的关键，也是GSCs放疗抵抗的基础。DNA双链断裂（DSBs）作为最致命的DNA损伤类型，主要通过同源重组（HR）和NHEJ两条通路修复。已有研究发现乳酸化可调控 HR介导的DNA修复，但TME来源的乳酸在DNA修复中的具体作用仍需阐明。

为揭示GBM中乳酸代谢和跨膜转运的机制，研究人员整合了单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集进行综合分析，发现糖酵解通路在TAMs（尤其是巨噬细胞）和GSC样肿瘤细胞中显著富集，而小胶质细胞的糖酵解特征较低。乳酸跨膜转运特征在巨噬细胞和肿瘤细胞中高表达，其中编码乳酸分泌转运蛋白MCT4的SLC16A3主要在TAM群体中表达，编码乳酸摄取转运蛋白MCT1的SLC16A1则在GSC样肿瘤细胞中富集。免疫荧光染色证实，在GBM样本中，MCT1与GSC标志物SOX2共定位，MCT4与TAM标志物CD163共定位。功能验证表明，TAMs中MCT4敲低后，上清液中乳酸浓度降低约 70%，GSCs与TAMs共培养时，其细胞内乳酸含量显著依赖于TAMs的MCT4和自身的MCT1 表达。稳定性同位素标记实验进一步证实，GSCs通过MCT1摄取TAMs分泌的乳酸。颅内接种GL261胶质瘤细胞或MC9 GSCs后，髓系细胞特异性Slc16a3敲除小鼠模型中肿瘤体积显著减小，小鼠存活期延长，且肿瘤细胞内乳酸浓度降低约40%，直接证明TAMs分泌的乳酸被GSCs摄取并促进GBM进展。

GSCs和TAMs中的乳酸代谢和转运蛋白特征

体外实验显示，外源性乳酸以剂量依赖方式促进两种患者来源GSCs（3028和MES28）的增殖。TAMs中MCT4敲低后，其上清液对GSCs增殖的促进作用减弱，外源性乳酸或MCT4重新表达可恢复该效应；体内实验也证实，TAMs中MCT4敲低会抑制肿瘤生长，而乳酸或MCT4重新表达可逆转这一表型。此外，GSCs中MCT1敲低会阻断乳酸诱导的增殖和神经球形成，MCT1重新表达则可恢复；体内实验中，MCT1敲低的GSCs 与TAMs共移植后，小鼠存活期延长，肿瘤体积减小，MCT1重新表达可逆转该表型。这些结果证实，TME中乳酸通过MCT4介导的乳酸外排和MCT1介导的乳酸内流的双重作用促进GSC增殖。

研究人员随后测量了GSC中的乳酸化水平。与神经干细胞（NSCs）相比，GSC表现出更高的乳酸化水平和MCT1表达。TAMs中MCT4敲低后，其上清液处理GSCs降低了整体乳酸化水平。乳酸以剂量依赖性方式增加GSCs乳酸化水平，而MCT1敲低阻断了这一效应。表明GSC的乳酸化水平通过GSC和TAM之间经由MCT1-MCT4转运蛋白的相互作用进行调控。GSCs中乳酸化修饰的差异蛋白富集于NHEJ DNA修复通路，其中DNA损伤修复蛋白KU70的K317位点在GSCs中乳酸化水平显著高于NSCs，而总KU70 蛋白水平无变化。GSCs中MCT1敲低会降低KU70 K317乳酸化水平，但不影响总KU70 蛋白表达，表明MCT1通过调控乳酸水平调控KU70 K317乳酸化。功能实验表明，KU70敲低会抑制GSCs增殖和神经球形成，KU70野生型（WT）回补可完全恢复，而K317R突变体（无法乳酸化）仅部分恢复，体内实验也证实K317R突变体回补的GSCs成瘤能力显著弱于WT。这些结果证实，TAMs来源的乳酸诱导KU70 K317乳酸化，进而促进GSCs增殖和肿瘤发生。

TAM来源的乳酸诱导DNA损伤修复蛋白KU70 K317的乳酸化导致GSC增殖

NHEJ和HR报告基因实验显示，在存在外源性乳酸的情况下，MCT1敲低损害了NHEJ，但在缺乏外源性乳酸时，对HR或NHEJ均无影响，表明GSC通过MCT1摄取乳酸以促进NHEJ。在乳酸刺激或TAM上清液处理后，GSC中MCT1减弱导致DNA 损伤标志物γ-H2AX增加。KU70敲低后，NHEJ通路受损，γ-H2AX水平升高，KU70 WT回补可恢复NHEJ功能并降低γ-H2AX水平，而 K317R突变体回补则无法有效恢复。干细胞特性分析显示，MCT1 敲低会降低GSCs中干细胞标志物 SOX2、OLIG2和MYC的表达，与 K317R相比，KU70 K317乳酸化完全挽救了干性的降低。结构分析表明，KU70的Ku核心区域（261-468 aa）包含K317位点，是其与KU80相互作用的关键区域，乳酸刺激下，KU70 K317R突变体会减弱与KU80和DNA依赖性蛋白激酶催化亚基（DNA-PKcs）的结合。体内实验显示，MCT1/MCT4 抑制剂处理可增加肿瘤组织中γ-H2AX水平，延长小鼠存活期；靶向 KU70 K317乳酸化的细胞穿透肽（K317-Peptide）也能有效抑制肿瘤生长，延长小鼠存活期。这些数据表明，GSC摄取TAM来源的乳酸以诱导KU70 K317 乳酸化，通过增强NHEJ维持干性和增殖。

研究人员进一步发现，MCT1敲低、KU70敲低或KU70 K317R突变会富集IFN-α 应答通路及导致GSCs细胞质中双链DNA积累。免疫印迹显示，外源性乳酸会激活MCT1 或KU70敲低的GSCs中的cGAS-STING信号通路，KU70 K317乳酸化会抑制该激活；ELISA实验证实，MCT1敲低会增加GSCs 上清液中 IFN-α/IFN-β水平，这可以通过cGAS沉默或KU70 K317R过表达来挽救。为了确定受乳酸吸收GSCs影响的免疫室，研究人员分析了TCGA-GBM数据集，单样本GSEA显示MCT1与CD8⁺T细胞特征呈负相关。GL261细胞中Mct1的敲除限制了乳酸的摄取，降低Ku7的乳酸化，但不影响Ku70蛋白水平，还导致γ-H2AX、cGAS-STING活化增加和IFNs分泌增加。总的来说，TAM衍生的乳酸诱导了KU70 K317的乳酸化，并降低了细胞毒性CD8⁺T细胞的功能。

KU70 K317的乳酸化抑制cGAS-STING信号传导并维持免疫抑制性TME

在免疫功能健全的原位异种移植模型中，骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）中Mct4敲低或GL261中Mct1敲低均会延长肿瘤潜伏期，减小肿瘤体积。治疗实验显示，单独使用抗PD-1抗体对肿瘤体积的抑制作用微弱，单独使用MCT1/MCT4抑制剂syrosingopine有中度抑制效果，而两者联合使用时肿瘤体积显著减小，小鼠存活期显著延长。流式细胞术分析证实，联合治疗会增强肿瘤组织中CD8⁺ T细胞浸润和活性，减少TAMs（CD163⁺）的丰度。免疫组化显示，人GBM样本中KU70 K317乳酸化水平较高，且与患者存活期缩短相关。此外，KU70 K317-Peptide与抗PD-1抗体联合使用也能显著降低肿瘤体积，延长小鼠存活期，证实靶向乳酸转运或KU70 K317乳酸化与免疫检查点阻断疗法具有协同抗肿瘤效果。