乳酸化修飾調(diào)控cGAS促進(jìn)腫瘤生長

乳酸是糖酵解的最終產(chǎn)物，作為碳源和信號分子，為腫瘤發(fā)展提供代謝、微環(huán)境和免疫基礎(chǔ)。最近，乳酸被重新定義為表觀遺傳學(xué)的標(biāo)志，通過組蛋白修飾實(shí)現(xiàn)免疫重塑和腫瘤進(jìn)展。然而，大多數(shù)非表觀遺傳蛋白的乳酸化及其功能尚未被充分研究。

先天免疫系統(tǒng)通過多個模塊組成的信號級聯(lián)反應(yīng)來響應(yīng)入侵或細(xì)胞損傷。乳酸通過直接與MAVS結(jié)合抑制RLR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，但乳酸對先天免疫反應(yīng)的胞質(zhì)DNA感應(yīng)的影響尚不清楚。cGAS被鑒定為感知胞質(zhì)DNA并觸發(fā)先天免疫反應(yīng)的關(guān)鍵酶，其活性和蛋白穩(wěn)定性受翻譯后修飾的調(diào)節(jié)。

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）是蛋白質(zhì)降解的主要途徑，但存在泛素非依賴性蛋白酶體降解（UbInPD）。UbInPD底物的特征和分子機(jī)制尚未明確。

本研究發(fā)現(xiàn)，乳酸通過促進(jìn)cGAS的K21乳酸化，使其被蛋白酶體亞基PSMA4捕獲并降解，這一過程獨(dú)立于泛素。此外，乳酸還通過促進(jìn)PIK3CB的K415乳酸化，抑制ULK1介導(dǎo)的PSMA4 S188磷酸化，從而影響PSMA4與cGAS的結(jié)合及cGAS的降解。這些機(jī)制共同促進(jìn)了腫瘤生長，并與肺腺癌的預(yù)后相關(guān)。本項(xiàng)研究揭示了cGAS降解的新機(jī)制，并為癌癥治療提供了潛在的分子靶點(diǎn)。

乳酸化乳酸化協(xié)調(diào) cGAS 的泛素非依賴性降解并促進(jìn)腫瘤生長

結(jié)論1 乳酸誘導(dǎo)cGAS降解，獨(dú)立于泛素。

研究發(fā)現(xiàn)，MCT1是乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵蛋白，敲除MCT1可顯著減輕LLC條件培養(yǎng)基誘導(dǎo)的cGAS降解。抑制或敲低LDHA（如使用FX11）可升高cGAS表達(dá)，并增強(qiáng)HSV感染時的干擾素產(chǎn)生。葡萄糖剝奪或2-DG處理促進(jìn)cGAS表達(dá)，而缺氧則抑制其表達(dá)。機(jī)制上，乳酸通過蛋白酶體途徑降解cGAS，而非溶酶體途徑。阻斷蛋白酶體可逆轉(zhuǎn)乳酸誘導(dǎo)的cGAS降解，表明乳酸通過蛋白酶體途徑調(diào)控cGAS穩(wěn)定性。

圖1 乳酸破壞cGAS穩(wěn)定性

結(jié)論2 cGAS 的K21位點(diǎn)乳酸化修飾促進(jìn)cGAS降解。

研究發(fā)現(xiàn)，乳酸通過促進(jìn)cGAS的非泛素依賴性蛋白酶體降解來抑制干擾素的產(chǎn)生。質(zhì)譜分析顯示，乳酸調(diào)節(jié)了cGAS與PSMA4和NQO1的相互作用。乳酸促進(jìn)PSMA4與cGAS結(jié)合，而敲除PSMA4會阻斷乳酸誘導(dǎo)的cGAS降解。此外，cGAS在K21位點(diǎn)發(fā)生乳酸化修飾，K21R突變體（將K21突變?yōu)榫玜n酸）顯著抑制了乳酸誘導(dǎo)的cGAS降解，并增強(qiáng)了cGAS的蛋白穩(wěn)定性。

圖2 cGAS 的K21位點(diǎn)乳酸化修飾促進(jìn)cGAS降解

結(jié)論3 PSMA4 Ser188位點(diǎn)的磷酸化穩(wěn)定cGAS。

研究發(fā)現(xiàn)，PSMA4 pS188對cGAS穩(wěn)定性有重要影響。構(gòu)建PSMA4的rS188D突變體可穩(wěn)定cGAS蛋白，而rS188A突變則加速乳酸誘導(dǎo)的cGAS降解。乳酸化cGAS與PSMA4直接結(jié)合，但這種結(jié)合受到PSMA4 pS188的調(diào)控。具體而言，PSMA4 pS188通過影響cGAS與PSMA4的相互作用來穩(wěn)定cGAS，維持干擾素生成。

圖3 PSMA4 pS188 穩(wěn)定 cGAS

結(jié)論4 PIK3CB K415la位點(diǎn)的乳酸化穩(wěn)定cGAS。

研究發(fā)現(xiàn)，乳酸通過調(diào)控PIK3CB的K415la修飾影響其與P85β的相互作用，從而激活PI3K信號。乳酸或缺氧可增強(qiáng)PIK3CB的K415la修飾，破壞PIK3CB與P85β的結(jié)合，促進(jìn)PIP3生成，進(jìn)而影響PSMA4與cGAS的相互作用及其pS188水平。K415R突變可穩(wěn)定PIK3CB-P85β復(fù)合物，抑制乳酸誘導(dǎo)的cGAS降解，并促進(jìn)干擾素生成。此外，PIK3CB的K415R突變阻斷了乳酸對PSMA4與cGAS相互作用的影響。這些結(jié)果表明，PIK3CB K415la在調(diào)控cGAS穩(wěn)定性和免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

圖4 PIK3CB K415的乳酸化促進(jìn) cGAS 降解

結(jié)論5 乳酸-cGAS軸線促進(jìn)腫瘤生長

研究發(fā)現(xiàn)，cGAS K21la在腫瘤生長中具有重要作用。實(shí)驗(yàn)中，將cGAS的野生型（WT）和K21R突變體重組到腫瘤細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)K21R突變體細(xì)胞的活力顯著降低，且cGAS表達(dá)下降被阻斷。LDHA抑制劑FX11可誘導(dǎo)cGAS表達(dá)，減少乳酸生成，并抑制腫瘤生長。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，cGAS K21R顯著抑制腫瘤生長，降低腫瘤重量，提高cGAS表達(dá)和CD8+ T細(xì)胞浸潤。PSMA4的rS188D突變抑制腫瘤生長，而rS188A則促進(jìn)生長。PIK3CB的rK309R突變也抑制腫瘤生長，提高cGAS水平和CD8+ T細(xì)胞浸潤。cGAS或Sting的缺失使腫瘤對FX11失去敏感性。這些結(jié)果表明，cGAS K21la與腫瘤生長相關(guān)，并在針對乳酸生成的藥物的抗腫瘤效果中起關(guān)鍵作用。

圖5 乳酸-cGAS軸線促進(jìn)腫瘤生長