在《Nature Cancer》期刊上发表的这篇研究论文《PD-1 instructs a tumor-suppressive metabolic program that restricts glycolysis and restrains AP-1 activity in T cell lymphoma》是一项针对T细胞非霍奇金淋巴瘤（T-NHL）中PD-1信号通路功能机制的深入探索。这项研究由Tim Wartewig, Jay Daniels, Miriam Schulz等众多作者合作完成，涉及德国慕尼黑工业大学、美国西北大学等多家国际知名研究机构。
一、 研究背景与目标
本研究的科学领域属于肿瘤免疫学和血液肿瘤学的交叉范畴，特别聚焦于T细胞淋巴瘤的发病机制。PD-1（程序性死亡受体-1）是免疫治疗中的重要“免疫检查点”蛋白，在正常T细胞中作为抑制性受体，防止过度免疫反应。然而，近年来基因组分析发现，编码PD-1的基因PDCD1在T-NHL中频繁发生失活性突变或缺失，这预示着患者预后不良，且PDCD1突变被鉴定为T-NHL中的一个关键肿瘤抑制基因。这一发现与PD-1在肿瘤微环境中通常作为“刹车”、抑制抗肿瘤免疫功能的经典认知相悖，提出了一个核心矛盾：为何在一个淋巴细胞恶性肿瘤中，一个通常抑制免疫细胞的受体反而扮演了抑制肿瘤的角色？更令人困惑的是，针对PD-1的免疫检查点抑制剂（即抗PD-1疗法）在治疗其他癌症时，偶有引发继发性T-NHL的案例，或在T-NHL患者临床试验中导致个别肿瘤的“超进展”。这些临床观察共同强调了PD-1抑制性信号在抑制T细胞恶性转化中的关键作用，但其内在的肿瘤抑制机制却完全未知。
因此，本研究的主要目标是：揭示PD-1在T细胞淋巴瘤中作为肿瘤抑制因子的具体分子机制。研究者旨在阐明PD-1信号缺失如何驱动T细胞向恶性转化，并探索这一过程背后潜在的代谢和表观遗传重编程变化，最终希望发现针对PDCD1突变型T-NHL的基因型特异性治疗弱点。
二、 研究详细工作流程
本研究采用了多层次、整合性的研究策略，结合了可遗传操控的小鼠模型和来自患者的原代肿瘤样本，从体内到体外，从基因表达到代谢表型，进行了系统性剖析。其主要流程可分为以下几个关键步骤：
建立遗传可控的T-NHL小鼠模型： 研究者利用了一个先前构建的、可诱导表达人T-NHL致癌基因ITK-SYK的小鼠模型（Itk-SykCD4-CreERT2小鼠）。ITK-SYK融合蛋白能模拟强效的T细胞受体（TCR）信号。单独诱导ITK-SYK表达仅能引起T细胞短暂增殖，不足以形成恶性肿瘤，这模拟了人类癌症需要多次打击的假说。当将此模型与PDCD1基因敲除小鼠（pdcd1-/-）杂交后，发现在诱导ITK-SYK表达的同时缺失PD-1，会立即导致T细胞不受限制的克隆性扩增，并迅速发展为致命性淋巴瘤，且能将疾病传播给次级受体。这个模型成为了剖析PD-1缺失如何促进早期T细胞转化的有力工具。
探索PD-1缺失引发的早期分子事件： 在诱导ITK-SYK表达后，研究者从Itk-SykCD4-CreERT2（PD-1正常）和Itk-SykCD4-CreERT2;pdcd1-/-（PD-1缺失）小鼠脾脏中分选出癌基因表达的T细胞，进行RNA测序（RNA-seq）分析。结果显示，在PD-1缺失的细胞中，编码细胞代谢主调控因子HIF1α的基因显著上调。基因集富集分析（GSEA）进一步揭示，PD-1缺失导致PI3K-AKT-mTOR-HIF1α信号轴被广泛激活，并且与葡萄糖代谢相关的基因签名显著富集。蛋白质印迹分析证实，多种糖酵解关键酶（如己糖激酶2、磷酸果糖激酶1等）的表达在PD-1缺失的细胞中增加。这些发现提示，PD-1的缺失可能迫使T细胞转向以糖酵解为主的代谢模式。
功能验证糖酵解增强： 为了确认上述发现，研究团队进行了多项功能代谢分析。他们通过细胞外通量分析仪（Seahorse）测量发现，PD-1缺失的转化T细胞具有显著更高的细胞外酸化率（ECAR，代表糖酵解水平），而耗氧率（OCR，代表氧化磷酸化）不变。细胞培养上清中乳酸浓度也更高。更重要的是，他们利用活体成像技术进行了验证：通过正电子发射断层扫描（PET）使用[18F]氟代脱氧葡萄糖（[18F]FDG）示踪，发现PD-1缺失小鼠脾脏对葡萄糖的摄取显著增强；通过超极化13C磁共振波谱成像，直接检测到PD-1缺失小鼠脾脏中由[1-13C]丙酮酸转化生成的[1-13C]乳酸信号更强，这直接证明了体内乳酸生成（即糖酵解末端步骤）的增加。这些实验共同证实了PD-1缺陷的T细胞在致癌信号下发生了“瓦博格效应”，即转向有氧糖酵解。
阐明PD-1调控糖酵解的机制： 为了理解PD-1如何抑制糖酵解，研究者采用了急性药理学阻断PD-1信号（使用抗PD-L1抗体）的方法。他们发现，急性PD-1抑制同样能迅速激活ITK-SYK+ T细胞中的AKT和mTOR通路，并上调HIF1α及其下游靶点（如葡萄糖转运蛋白GLUT1和己糖激酶2）的表达。这表明，糖酵解的关键代谢开关处于PD-1肿瘤抑制信号的直接负调控之下。功能上，使用小分子抑制剂抑制mTOR、HIF1α或直接抑制糖酵解（使用2-脱氧-D-葡萄糖，2-DG），均能有效杀死PD-1缺失的淋巴瘤细胞，并在小鼠模型中延长生存期。代谢流分析（使用[U-13C]标记的葡萄糖结合LC-MS/MS）进一步显示，PD-1缺失细胞中糖酵解中间产物和ATP水平均显著升高，为恶性增殖提供了能量。
发现PD-1调控糖酵解-表观遗传轴： 研究深入发现，PD-1缺失不仅增加能量生产，还改变了代谢物池。他们检测到葡萄糖来源的柠檬酸（m+2）在PD-1缺失细胞中增多。柠檬酸被线粒体输出后，可由ATP柠檬酸裂合酶（ACLY）转化为胞质乙酰辅酶A（acetyl-CoA），后者是组蛋白乙酰化的重要底物。实验表明，PD-1缺失（无论是基因敲除还是药物阻断）均导致组蛋白H3和H4乙酰化水平显著升高，特别是H3K27ac（组蛋白H3第27位赖氨酸的乙酰化）。这种乙酰化增强直接依赖于葡萄糖可利用性和糖酵解活性。使用[U-13C]葡萄糖示踪，他们直接证明了PD-1缺失细胞中，由葡萄糖新生成的[13C]乙酰辅酶A和组蛋白上[13C]乙酰化标记均显著增加。
确立ACLY为PD-1下游的关键效应分子： ACLY是连接糖酵解与乙酰辅酶A生成的关键酶。研究发现，PD-1失活通过激活PI3K-AKT信号，直接促进了ACLY在Ser455位点的磷酸化（即激活）。药理学抑制ACLY活性，可以降低PD-1缺失细胞中的组蛋白乙酰化水平，并选择性杀死PD-1缺失的淋巴瘤细胞，而对PD-1正常的细胞影响较小。通过CRISPR-Cas9基因编辑敲除ACLY，能完全阻止PD-1缺失淋巴瘤细胞在体内的生长。这些功能性和遗传学数据证明，ACLY的激活对于PD-1缺失淋巴瘤的生存和糖酵解依赖的组蛋白乙酰化至关重要。
揭示PD-1通过代谢-表观遗传轴控制AP-1转录因子活性： 为了探究组蛋白乙酰化增加的全局性后果，研究者进行了染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）和转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）。结果显示，PD-1缺失导致全基因组范围内启动子区和转录起始位点附近的H3K27ac信号增强，染色质可及性增加。转录因子足迹分析惊奇地发现，在PD-1缺失的细胞中，激活蛋白1（AP-1）家族转录因子（如c-Fos, c-Jun, Batf等）的足迹显著富集。RNA-seq的GSEA分析也显示AP-1靶基因集被激活。机制上，PD-1失活增加了c-Fos和c-Jun的磷酸化（增强其活性和稳定性）。至关重要的是，抑制ACLY活性能够逆转PD-1缺失细胞中AP-1足迹的富集，表明AP-1的超活性依赖于ACLY介导的乙酰辅酶A生成和后续的染色质重塑。
在人类T-NHL样本中验证发现： 为了确认小鼠模型发现的临床相关性，研究者分析了来自皮肤T细胞淋巴瘤（CTCL）患者的两组原代样本。第一组是发生“超进展”的患者（肿瘤负荷短期内急剧增加），发现在超进展后，肿瘤细胞中PDCD1表达显著下调（其中一例获得了PDCD1基因缺失）。对比超进展前后的样本，RNA-seq显示PI3K-AKT-mTOR信号、HIF1α活性和糖酵解相关基因签名均显著富集。第二组是初诊患者，比较PDCD1突变型与野生型肿瘤。同样发现，PDCD1突变型肿瘤中上述代谢相关信号通路以及AP-1靶基因集均被激活。功能上，原代PDCD1突变型淋巴瘤细胞显示出更高的mTOR活性（p-S6水平）、更高的葡萄糖摄取，并且对mTOR抑制剂（依维莫司）、糖酵解抑制剂（2-DG）和ACLY抑制剂（BMS-303141）的敏感性显著高于PDCD1野生型肿瘤细胞。ATAC-seq分析再次确认，在人类PDCD1突变型淋巴瘤中，AP-1家族转录因子的足迹最为富集。
三、 研究主要结果
本研究取得了一系列环环相扣的重要结果： 1. PD-1缺失驱动致癌T细胞转向有氧糖酵解： 基因和药理学证据表明，PD-1信号是抑制T细胞糖酵解代谢转换的关键闸门。其缺失通过释放对PI3K-AKT-mTOR-HIF1α轴的抑制，上调糖酵解相关基因和蛋白，最终导致葡萄糖摄取、乳酸生成和ATP产出的全面增加。 2. PD-1缺失通过ACLY增强组蛋白乙酰化： PD-1失活激活了ACLY，增加了葡萄糖来源的胞质乙酰辅酶A的生成，进而促进了组蛋白（尤其是H3K27）的乙酰化。这一过程是糖酵解依赖性的。 3. PD-1通过代谢-表观遗传轴抑制AP-1活性： 增强的组蛋白乙酰化重塑了染色质景观，特异性地增加了AP-1转录因子结合位点的可及性，导致AP-1家族成员（c-Fos, c-Jun等）的超激活及其靶基因的异常表达。ACLY的活性是AP-1超激活的必要条件。 4. ACLY是PD-1缺失淋巴瘤的致命弱点： 遗传敲除或药理学抑制ACLY，能有效抑制PD-1缺失淋巴瘤细胞的组蛋白乙酰化、AP-1活性和体内外生长，而对PD-1正常的细胞影响较小，揭示了基因型特异性的治疗靶点。 5. 人类PDCD1突变型T-NHL重现小鼠模型特征： 在人类患者样本中，PDCD1失活同样与糖酵解增强、mTOR-HIF1α轴激活、ACLY依赖性和AP-1超活性相关，且该类肿瘤对针对上述通路的抑制剂表现出选择性敏感。
这些结果逻辑连贯：PD-1缺失 → 激活PI3K-AKT → 激活mTOR-HIF1α和ACLY → 增强糖酵解 → 产生更多乙酰辅酶A → 增加组蛋白乙酰化 → 开放染色质促进AP-1结合 → 驱动致癌基因表达程序 → 促进淋巴瘤发生发展。
四、 研究结论与意义
本研究得出结论：PD-1是T细胞淋巴瘤中糖酵解转换和AP-1活性的核心调控者。PD-1通过抑制PI3K-AKT-mTOR-HIF1α轴来限制糖酵解，并通过抑制ACLY来限制葡萄糖衍生的乙酰辅酶A生成，从而遏制组蛋白乙酰化和AP-1转录因子的异常激活。PDCD1的失活突变破坏了这一肿瘤抑制程序，导致代谢重编程和表观遗传失调，共同驱动了T-NHL的恶性进展。
其科学价值在于： 1. 解决了关键悖论： 清晰地阐明了PD-1在T细胞自身恶性转化中作为肿瘤抑制因子的全新机制，不同于其在肿瘤微环境中抑制抗肿瘤免疫的经典角色。 2. 建立了新的机制链接： 首次将PD-1信号与肿瘤细胞的代谢重编程（糖酵解）和表观遗传重塑（组蛋白乙酰化/AP-1激活）直接联系起来，提供了一个整合性的发病机制框架。 3. 揭示了基因型特异性弱点： 发现了PDCD1突变型T-NHL对mTOR抑制剂、糖酵解抑制剂和ACLY抑制剂的特殊敏感性，为这类侵袭性淋巴瘤的精准治疗提供了潜在的生物标志物（PDCD1突变状态）和新的治疗策略（靶向ACLY或相关通路）。
五、 研究亮点
六、 其他价值
本研究还提示，抗原刺激正常T细胞也会诱导AP-1活性，但这依赖于共刺激信号（如CD28），其机制可能与肿瘤中PD-1缺失导致的机制不同。这为进一步研究正常免疫反应与肿瘤发生中的信号传导差异提供了线索。此外，研究提出的“代谢-表观遗传轴”概念可能不仅限于T-NHL，对其他类型癌症的研究也有启发意义。