中文标题：基于铱（III）的PD-L1激动剂调节p62和ATF3用于增强癌症免疫治疗
英文标题：Iridium(III)-Based PD-L1 Agonist Regulates p62 and ATF3 for Enhanced Cancer Immunotherapy
期刊名称：Journal of Medicinal Chemistry
影响因子：7.3
合作单位：南京师范大学
太阳集团电子游戏在该研究中提供了转录组测序及部分数据分析服务。
研究背景
金属复合物是一种靶向细胞器诱导的免疫原性细胞死亡（ICD）的抗癌药物，可用于乳腺癌和结肠癌的抗肿瘤免疫治疗，然而，肿瘤细胞可能在治疗后自适应表达PD-L1，从而刺激肿瘤自我保护机制，进一步加剧免疫抑制肿瘤微环境（TME），阻碍效应T细胞的浸润和激活。PD-1是一种调节T细胞衰竭的核心细胞表面受体，T细胞会由于PD-1与PD-L1（PD-1配体）结合而失活，导致肿瘤免疫逃逸，阻断PD-1/PD-L1通路可以逆转TME，增强内源性抗肿瘤免疫应答，然而以PD-L1高表达为特征的免疫原性肿瘤或“热肿瘤”相对于“冷肿瘤”（非免疫原性）来说，对ICB（免疫检查点阻断）治疗更为敏感，因此，一种基于促进PD-L1表达水平的策略有望将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”，并提高ICB的治疗效果。
为了有效刺激PD-L1的表达，本文研究团队根据之前的工作，合成了激动剂Ir-UA（铱-松萝酸）复合物，Ir-UA主要作用于线粒体，导致严重的线粒体功能障碍，包括产生过量活性氧（ROS）和线粒体膜电位（MMP）丧失。线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解均受到抑制，从而阻止了A549细胞从代谢适应中的治疗性逃逸。
材料方法
材料：Ir-UA处理前后的A549细胞（人非小细胞肺癌细胞系）；
方法：转录组+免疫荧光+WB（蛋白印迹分析）+ROS检测+线粒体膜电位检测等
研究结果
据报道，天然产物UA（松萝酸）具有刺激ATF3表达的能力，产生显著的ROS来启动氧化应激。然而，UA的溶解度和生物利用度极低，而研究团队之前报道过线粒体靶向复合物Ir-NH2，可通过p62积累阻断线粒体吞噬对NSCLC A549细胞的抗增殖能力，而PD-L1水平的上调不显著，于是研究团队结合IrNH2和UA合成了复合物Ir-UA，实现了通过p62和ATF3的同时促进来启动PD-L1的显著过表达，产生“1+1>2”的效果。
为了证明Ir-UA对PD-L1表达的强大调节能力，研究团队进行了转录组分析，并比较了Ir-UA处理前后的基因表达情况，KEGG分析结果表明，癌症进展的各种途径显著变化。例如，在Ir-UA处理后观察到与PD-L1表达高度相关的信号通路，如磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）-AKT信号通路、Janus激酶/信号传感器和转录激活因子（JAKSTAT）信号通路、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路等。此外，还检测到控制先天或适应性免疫细胞的信号通路，如核因子-κB（NF-κB）信号通路、细胞因子−细胞因子受体相互作用，白细胞介素17（IL-17）信号通路，肿瘤坏死因子信号通路等，它们对从“冷肿瘤”向“热肿瘤”的转变和克服αPD-L1耐药性起到了重要作用。GSEA结果显示吞噬小体和OXPHOS显著富集，提示Ir-UA可能触发自噬小体的形成并抑制OXPHOS。值得注意的是，包括ATF3在内，癌症中的PD-L1的表达和PD-1检查点通路也显著富集，这些结果证实了IrUA增强了PD-L1相关基因的转录。细胞毒性评估结果显示，与A549细胞相比，Ir-UA对正常HLF细胞的半抑制浓度高了5倍，据推测，利用PD-L1作为治疗靶点，可能通过选择性地调节TME中的免疫反应来降低毒性。与Ir-NH2相比较，Ir-UA的亲脂性以及A549细胞线粒体中的积累量均有明显提升，进一步证实了Ir-UA具有较强的线粒体靶向能力。
为了进一步探讨Ir-UA诱导线粒体功能障碍的复杂机制，该研究利用ROS检测及流式细胞术检测到，在Ir-UA处理的A549细胞中，ROS显著增加，MMP显著丧失，说明Ir-UA可诱导细胞内ROS的过量产生，导致线粒体损伤。此外作者还测量了细胞外酸化率（ECAR），与未处理的A549细胞相比，Ir-UA处理后的基础糖酵解、糖酵解能力和糖酵解储备也受到抑制。
这些结果表明，Ir-UA不仅抑制OXPHOS，还抑制糖酵解，从而切断它们之间的转换，最终导致细胞死亡。结合WB结果，该研究证实了Ir-UA可以阻断A549细胞的自噬，诱导p62的积累，从而可能促进PD-L1的表达。结合RNA-seq结果中PD-L1相关基因表达水平变化和自噬阻断的变化，作者综合了免疫印迹及流式细胞术的结果，表明Ir-UA可诱导肿瘤细胞中PD-L1的高表达，这可能是由自噬阻断和ATF3上调的协同作用引起的，有望导致“冷肿瘤”向“热肿瘤”的过渡。之后，该研究在皮下移植的LLC细胞肿瘤小鼠模型中验证了其抗肿瘤效果，证实，Ir-UA和αPD-L1联合使用可显著抑制具有良好生物安全性的小鼠体内肿瘤的生长。
参考文献：
Deng D, Wang M, Su Y, Fang H, Chen Y, Su Z. Iridium(III)-Based PD-L1 Agonist Regulates p62 and ATF3 for Enhanced Cancer Immunotherapy. J Med Chem. 2024 Apr 25;67(8):6810-6821. doi: 10.1021/acs.jmedchem.4c00404. Epub 2024 Apr 13
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