本研究由复旦大学附属中山医院胸外科的Gujie Wu、Hongxia Cheng、Jiacheng Yin等学者领衔，联合复旦大学癌症研究中心、同济大学附属上海市肺科医院等多个机构合作完成，于2025年发表在《Advanced Science》期刊（DOI: 10.1002/advs.202501238）。研究聚焦肺癌中最常见的肺腺癌（LUAD），揭示了代谢重编程关键基因NDRG1通过乳酸积累诱导免疫抑制微环境的分子机制，为肺腺癌的免疫治疗提供了新靶点。

学术背景

肺腺癌作为非小细胞肺癌的主要亚型，其肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的免疫抑制特性是治疗失败的核心原因。近年研究发现，肿瘤细胞的代谢重编程（尤其是糖酵解增强导致的乳酸积累）可驱动TME的免疫抑制状态，但具体调控机制尚未明确。NDRG1（N-myc下游调节基因1）在多种癌症中异常表达，但其在代谢-免疫调控网络中的作用知之甚少。本研究旨在阐明NDRG1如何通过稳定乳酸脱氢酶A（LDHA）促进乳酸积累，进而通过组蛋白H3K18乳酸化（Histone H3K18 lactylation, H3K18la）等表观遗传机制重塑免疫微环境，最终导致免疫治疗抵抗。

研究流程与方法

1. NDRG1的鉴定与临床关联分析

研究团队首先对30例LUAD样本进行单细胞RNA测序（scRNA-seq），结合国际肺癌联盟（TRICL-ILCCO）的GWAS数据（29,863例患者和55,586例对照），通过表达数量性状位点（eQTL）和蛋白质数量性状位点（pQTL）分析，发现NDRG1是LUAD进展的关键风险基因（OR=1.20, p=0.005）。孟德尔随机化（Mendelian Randomization, MR）分析进一步验证其因果性。临床样本分析（220例LUAD患者）显示，NDRG1高表达与不良预后显著相关（HR=1.885, p=0.005），且独立于肿瘤分期和淋巴结转移。

2. NDRG1调控糖酵解的机制

通过TCGA数据库的功能富集分析，发现NDRG1高表达与糖酵解通路显著相关。实验验证中：
- 代谢分析：在A549和LLC细胞系中敲低NDRG1后，GC-MS检测显示糖酵解中间体（如丙酮酸、乳酸）和TCA循环代谢物（如柠檬酸、α-酮戊二酸）水平显著降低。
- 酶活调控：免疫共沉淀（Co-IP）和邻近连接实验（PLA）证实NDRG1与LDHA直接结合，通过抑制LDHA的K76位点泛素化增强其稳定性。分子对接显示，NDRG1的Lys388与LDHA的Arg73为关键结合位点。
- 功能验证：细胞外酸化率（ECAR）检测表明，NDRG1敲除使糖酵解能力下降40%，而氧消耗率（OCR）上升，提示代谢表型向氧化磷酸化逆转。

3. 乳酸积累对免疫微环境的影响

• 免疫细胞极化：空间代谢组学显示，NDRG1高表达肿瘤区域的乳酸浓度较正常组织高3倍（p<0.001）。此类区域中，CD163+ M2型巨噬细胞浸润增加而CD8+ T细胞减少（流式细胞术验证：M2占比从35%降至18%）。
  
• 表观遗传调控：Cut&Tag和ChIP-seq分析发现，乳酸诱导的H3K18la在巨噬细胞中富集于免疫抑制基因（如CD163、PD-L1、IL10）的启动子区。ChIP-qPCR显示，糖酵解抑制剂可使CD163启动子的H3K18la信号降低60%。
  
• 免疫治疗抵抗：临床数据显示，NDRG1高表达患者对PD-L1抑制剂响应率仅37%，显著低于低表达组（58%）。
  

主要结果与逻辑链条

1. 分子机制：NDRG1→LDHA泛素化抑制→糖酵解增强→乳酸积累→H3K18la修饰→免疫抑制基因激活。
   
2. 细胞表型：乳酸通过M2极化（CD163↑）和CD8+ T细胞功能抑制（IFN-γ↓）构建免疫豁免微环境。
   
3. 治疗验证：小鼠模型中，NDRG1敲除联合抗PD-L1治疗使肿瘤体积缩小50%（p<0.01），而外源乳酸可逆转该效应。
   

结论与价值

本研究首次揭示NDRG1通过“代谢-表观遗传-免疫”轴驱动LUAD进展的完整机制：
- 科学价值：阐明了乳酸化修饰在免疫逃逸中的直接作用，拓展了代谢重编程与表观遗传交叉调控的理论框架。
- 应用价值：NDRG1可作为预测免疫治疗响应的生物标志物，其抑制剂开发或能逆转TME免疫抑制状态。

研究亮点

1. 多组学整合：结合scRNA-seq、GWAS、空间代谢组学和Cut&Tag技术，构建了从基因到微环境的全链条证据。
   
2. 机制创新：发现NDRG1-LDHA蛋白互作及H3K18la在巨噬细胞中的特异性调控网络。
   
3. 转化意义：临床前实验证实靶向NDRG1可增强PD-L1抑制剂疗效，为联合治疗提供策略。
   

其他价值

研究者开发了基于CRISPR的NDRG1条件性敲除小鼠模型，并建立了LUAD类器官共培养系统，这些工具将助力后续机制研究。此外，提出的“乳酸-乳酸化-免疫检查点”调控轴可能适用于其他高糖酵解肿瘤（如乳腺癌、结直肠癌）的研究。