來源：奇點(diǎn)糕 2022-10-12 17:23
PD-L1具有一種獨(dú)特的配置來保證其穩(wěn)定性。依賴于兩個關(guān)鍵的CRAC膽固醇基序，PD-L1與膽固醇結(jié)合，防止自身被降解。當(dāng)這兩個基序發(fā)生突變時，即會破壞PD-L1與膽固醇的結(jié)合作用
對于人體來說，膽固醇究竟是友是敵？
一方面，膽固醇是細(xì)胞膜的主要成分，與細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)完整性、厚度、滲透性和流動性有關(guān)，并可以通過影響多種跨膜蛋白（如Na+-K+泵）的結(jié)構(gòu)、功能和動力學(xué)來調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。同時，膽固醇還是多種激素的前體，在調(diào)節(jié)細(xì)胞功能和信號傳導(dǎo)的過程中起關(guān)鍵作用[1,2]。
另一方面，過多的膽固醇長期堆積在動脈中會形成斑塊，一旦斑塊破裂便會阻塞血液流向心臟和大腦，引發(fā)心血管疾病[1]。近年來還有越來越多的研究表示，膽固醇在癌癥進(jìn)展中也發(fā)揮著重要作用，癌細(xì)胞的快速增殖和侵襲需要高水平的膽固醇，且腫瘤微環(huán)境中的高膽固醇水平會影響腫瘤浸潤免疫細(xì)胞的表型和活性。如果使用他汀類藥物降低膽固醇水平，可在多種類型癌癥中獲益[2]。因此，調(diào)節(jié)膽固醇水平被認(rèn)為是抗癌和提高免疫治療效果的“潛力股”。
如此來看，膽固醇與人體細(xì)胞之間的平衡著實(shí)是十分微妙。
中國科學(xué)院的歐陽波、溫茂榮與天津醫(yī)科大學(xué)的王樹清等人合作，揭示膽固醇在調(diào)節(jié)細(xì)胞表面PD-L1水平的過程中具有獨(dú)特作用，為癌癥治療藥物的開發(fā)提供了新見解。
他們發(fā)現(xiàn)，膽固醇可以與PD-L1跨膜結(jié)構(gòu)域上的兩個CRAC基序識別并結(jié)合，形成“三明治”結(jié)構(gòu)，從而增加PD-L1的穩(wěn)定性，防止其降解，可能有助于腫瘤細(xì)胞逃避免疫監(jiān)視。研究于近日發(fā)表在Science Advances期刊上[2]。
論文首頁截圖
PD-L1就不用多加介紹了，免疫治療中的明星靶點(diǎn)，在腫瘤細(xì)胞表面高表達(dá)。當(dāng)PD-L1與免疫細(xì)胞表面的PD-1識別互作后，則會讓免疫細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞“視而不見”，抑制免疫應(yīng)答反應(yīng)。PD-L1免疫抑制劑便是通過特異性阻斷PD-1/PD-L1的相互作用，來恢復(fù) T 細(xì)胞的腫瘤殺傷活性。
PD-L1身上，還有哪些寶藏有待發(fā)掘和利用呢？
有研究表明，使用他汀類藥物治療時，細(xì)胞表面的PD-L1水平顯著降低，說明PD-L1與膽固醇之間可能存在密切關(guān)系。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PD-L1的跨膜結(jié)構(gòu)域含有兩個經(jīng)典的CRAC膽固醇結(jié)合基序，這樣一來，膽固醇直接作用于PD-L1的嫌疑就更大了。不過，膽固醇究竟對PD-L1的穩(wěn)定性和功能有啥影響，尚未有定論。
在這項(xiàng)研究中，歐陽波等人首先在人結(jié)直腸癌細(xì)胞系（RKO）中進(jìn)行免疫熒光染色和共定位分析，發(fā)現(xiàn)PD-L1和膽固醇之間具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性。
隨后，研究者們分別用膽固醇、甲基-β-環(huán)糊精（MCD）、辛伐他汀處理RKO細(xì)胞。其中，MCD和辛伐他汀都有降低膽固醇的效果。
蛋白質(zhì)印跡分析、共聚焦成像等結(jié)果顯示，向RKO細(xì)胞中添加膽固醇會增加質(zhì)膜中膽固醇的含量，PD-L1水平顯著上調(diào)；而添加 MCD 或辛伐他汀的效果則與之相反，膽固醇被去除后，細(xì)胞表面的PD-L1水平顯著下調(diào)，且內(nèi)源性PD-L1的泛素化修飾增加，可能與其被泛素化降解有關(guān)。
對于PD-L1來說，膽固醇似乎有特別之處
研究者們在人永生化骨髓性白血病細(xì)胞系（K562）進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)論。這次，他們在K562細(xì)胞中加入干擾素-γ（IFN-γ）來刺激其表達(dá)PD-L1，導(dǎo)致K562細(xì)胞的PD-L1水平上調(diào)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在這種情況下使用MCD或辛伐他汀來降低膽固醇水平，K562細(xì)胞的PD-L1水平依舊顯著下調(diào)。
這些體外實(shí)驗(yàn)表明，在細(xì)胞維持PD-L1水平的過程中，膽固醇扮演了至關(guān)重要的角色。
利用多功能核磁共振（NMR）等技術(shù)，研究者們進(jìn)一步對PD-L1的跨膜結(jié)構(gòu)域（PD-L1-TC）進(jìn)行表征，描述其構(gòu)象，并表明，當(dāng)PD-L1與兩個膽固醇分子結(jié)合時可顯示出良好穩(wěn)定性。
具體來看，PD-L1依賴于其跨膜結(jié)構(gòu)域中的2個膽固醇結(jié)合基序——CRAC1和CRAC2基序，與膽固醇發(fā)生識別和互作。CRAC1 基序中的F257和F259結(jié)合位點(diǎn)通過疏水作用與膽固醇相互作用；CRAC2基序中的R260和R262結(jié)合位點(diǎn)通過氫鍵與膽固醇相互作用。在這種情況下，PD-L1被膽固醇包裹成“三明治結(jié)構(gòu)”，從而增加其在細(xì)胞膜上的穩(wěn)定性。
這倆基序長這個樣子
最后，研究者們驗(yàn)證表明，PD-L1要是想“傍住”膽固醇來保全自己，依賴于CRAC1和CRAC2這兩個基序正常表達(dá)。
他們將這兩種基序上的膽固醇結(jié)合位點(diǎn)特異性敲除，分別生成表達(dá)PD-L1F257A、PD-L1F259A、PD-L1R260A和 PD-L1R262A突變體的RKO細(xì)胞。結(jié)果顯示，與表達(dá)野生型PD-L1的RKO細(xì)胞相比，這四種攜帶不同結(jié)合位點(diǎn)突變的RKO細(xì)胞內(nèi)，PD-L1 mRNA水平相近，但PD-L1蛋白突變體的泛素化水平更高（下圖A）、降解速度更快（下圖C），且細(xì)胞膜表面PD-L1水平更低（下圖B）。
有了CRAC，膽固醇為PD-L1保駕護(hù)航，防止被泛素化降解
總的來說，PD-L1具有一種獨(dú)特的配置來保證其穩(wěn)定性。依賴于兩個關(guān)鍵的CRAC膽固醇基序，PD-L1與膽固醇結(jié)合，防止自身被降解。當(dāng)這兩個基序發(fā)生突變時，即會破壞PD-L1與膽固醇的結(jié)合作用，加劇PD-L1的降解。
來個簡單明了機(jī)制圖吧
另外，這項(xiàng)研究中再次證實(shí)，使用降低膽固醇的藥物進(jìn)行治療，可以降低腫瘤細(xì)胞表面的PD-L1水平。但這與之前的研究結(jié)論還是有許多不同之處。
既往研究表明，他汀類藥物可通過抑制蛋白激酶B（AKT）和β-連環(huán)蛋白介導(dǎo)的信號通路，來降低腫瘤細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)[3]。另外，辛伐他汀可通過抑制長鏈非編碼RNA（SNHG29） 的表達(dá)來抑制 PD-L1表達(dá)[4]。很明顯，兩項(xiàng)研究都顯示了他汀類藥物的間接作用，即調(diào)控PD-L1相關(guān)因子的活性，進(jìn)而下調(diào)PD-L1水平。
而在這項(xiàng)研究中，歐陽波、王樹清、溫茂榮等人則是揭示了膽固醇對PD-L1的直接影響，為癌癥治療提供新策略——通過減少或去除膽固醇來降低腫瘤細(xì)胞表面的PD-L1水平，以此為原理或可開發(fā)用于癌癥治療的小分子抑制劑。
參考文獻(xiàn)：
[1]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade5927
[2]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq4722
[3]W. J. Lim, et al, Statins decrease programmed death-ligand 1 (PD-L1) by inhibiting AKT and beta-catenin signaling. Cells10, 2488 (2021).
[4]W. Ni, et al, Targeting cholesterol biosynthesis promotes anti-tumor immunity by inhibiting long noncoding RNA SNHG29-mediated YAP activation. Mol. Ther. 29, 2995–3010 (2021).
