逃避免疫系统监视的能力是肿瘤的基本特征之一。程序性死亡配体1（PD-L1）是一种在癌细胞表面高度表达的关键免疫检查点蛋白，与肿瘤免疫逃避密切相关。PD-L1能与细胞毒性T淋巴细胞表面的PD-1相结合，从而抑制T细胞的抗肿瘤活性。最近，以PD-1/PD-L1抑制剂为典型代表的免疫检查点阻断疗法已成为治疗多种肿瘤的有效策略。然而，在一些癌症类型中，患者的反应率仍然很低，并且随着治疗的进行，耐药性也逐步升高。PD-L1蛋白表达水平被认为是评估抗PD-L1/PD-1治疗的临床反应性的关键生物标志物。因此，深入揭示并阐明PD-L1表达的调控分子机制有望为肿瘤治疗提供新的干预靶点。
乙酰葡萄糖胺修饰（O-GlcNAc）是通过N-乙酰葡糖胺以β-糖苷键形式共价连接到蛋白质的丝氨酸或苏氨酸羟基上的一种翻译后修饰。大量的研究发现O-GlcNAc糖基化修饰在基因转录调控、细胞信号传导通路、细胞周期调控、应激反应、代谢重编程等生理过程中发挥了重要作用。然而O-GlcNAc糖基化在肿瘤免疫逃逸过程中的作用尚且未知。
2023年3月22日，浙江大学生命科学学院、浙江大学医学院附属第一医院易文和吴李鸣团队在PNAS杂志上在线发表了题为“O-GlcNAcylation promotes tumor immune evasion by inhibiting PD-L1 lysosomal degradation”的研究论文，该研究揭示了O-GlcNAc糖基化调控PD-L1的溶酶体降解通路，抑制T细胞介导的抗肿瘤免疫的新机制。
研究人员首先通过TCGA数据库分析发现在多种类型的肿瘤中，糖基转移酶（OGT）的表达与CD8+ T细胞的浸润程度呈现显著负相关，并且与肿瘤的不良预后显著相关（图1a）。临床肝癌组织切片染色发现OGT的表达与CD8+ T细胞的浸润程度也呈现显著负相关（图1b）。体外T细胞杀伤实验表明抑制肿瘤细胞中OGT的活性显著促进T细胞对肿瘤细胞的杀伤（图1c）。进一步的实验发现OGT活性下降抑制了PD-L1的蛋白表达而PD-L1的mRNA水平没有发生变化，提示糖基化对PD-L1的表达影响发生在蛋白层面。对PD-L1蛋白降解的半衰期进行检测发现OGT通过抑制PD-L1的溶酶体降解途径从而促进PD-L1的稳定性。PD-L1的溶酶体降解是通过胞内ESCRT复合体介导的。作者发现ESCRT复合体中一个关键蛋白HGS具有高度O-GlcNAc糖基化；进一步实验发现HGS的糖基化抑制了其与PD-L1的互作，阻断了PD-L1通过胞内体向溶酶体的运输过程，从而抑制PD-L1在溶酶体中的降解，促进了PD-L1在细胞表面的表达，进而抑制了T细胞对肿瘤细胞的杀伤作用（图1d）。
图1. 抑制糖基化促进了T细胞对肿瘤细胞的杀伤
上述对PD-L1表达调控机制的研究提示抑制O-GlcNAc糖基化可作为肿瘤免疫治疗的联合靶点。作者进一步验证了OGT抑制剂联合PD-L1单抗能够协同抑制肝癌以及黑色素瘤在免疫完全的小鼠体内的生长。此外，作者还设计了HGS糖基化的竞争性短肽作为抑制剂，发现其处理细胞能降低PD-L1表达并增强T细胞对肿瘤细胞的杀伤。总之，该研究揭示了O-GlcNAc与肿瘤免疫逃逸之间的新联系，并提出了针对PD-L1介导的免疫检查点阻断治疗的新策略。
图2. 糖基化调控肿瘤免疫模式图
浙江大学生命科学学院、浙江大学癌症研究院易文教授和浙江大学医学院附属第一医院吴李鸣研究员为论文的共同通讯作者。浙江大学生命科学学院博士后朱强为论文的第一作者。浙江大学生命科学学院徐良研究员参与了这项工作。