USP30

DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5c00102侃侃而言  学以致用月初我分享了 J. Med. Chem. 报道的一种新范式的创新疗法—— 去泛素酶靶向嵌合体（DUBTACs），涉及到通过去泛素酶调控蛋白质稳定的一种治疗策略。去泛素酶在蛋白质的泛素化和去泛素化过程中发挥关键作用，通过调控蛋白质的稳定性、定位、和活性，参与多种细胞过程。泛素特异性蛋白酶 7 (USP7）就是一种去泛素酶，它参与基因转录、细胞周期控制、DNA 修复、免疫反应等细胞过程，因此，USP7 功能失调与癌症、病毒感染、神经退行性疾病等多种疾病有关，是一种非常有潜力的疾病治疗靶标。昨日（Apr. 16)，郑州大学常俊标、余斌团队在 J. Med. Chem. 上对 USP7 靶点研究和药物研发进展进行了历史性回顾和未来研究方向展望。尽管 USP7 作为药物治疗靶点非常具有潜力，但仍然面临着诸多挑战，目前还没有相应的抑制剂进入临床阶段。文中通过对 USP7 生物学功能、结构特点进行解析，同时汇总并分析现有的治疗手段研究进展（正构抑制剂、变构抑制剂、共价与非共价抑制剂、靶向降解剂），对未来实现临床突破提出了建设性的意见，值得学习！01USP7的全球研发在摩熵医药数据库中检索 USP7 这个靶点，如上图，全球有 6 项相关药物研发被记录，但目前尚未有药物进入临床阶段。Molecule 官网上显示，USP7 仍然是其重要的肿瘤免疫管线，目前在与Avicenna 合作开发，在临床前的关键阶段。Medivir AB 官网也能看到，USP7 处于临床前的开发状态。Almac Discovery Ltd 官网显示其 USP7 正处在临床前突破的关键时刻，该公司重点布局了去泛素酶（DUB）领域，并与默沙东在此领域有合作。在其代表作品中发现，其就 “USP7 变构抑制剂”、以及“基于结构导向的 USP7 嘧啶酮类抑制剂发现”等方面发表过文章，其研究方向可窥一斑。Mission Therapeutics 官方显示，这也是一家聚焦在去泛素酶领域的生物技术公司，其中 USP30 正处于 1/2期临床；而还有两个 DUB 靶点应该就是包括 USP7，布局在阿尔兹海默症治疗，与 Abbvie 合作，目前正处在 IND关键阶段，信息未具体揭露。其它的，如薛定谔官网并没有发现 USP7 相关管线记录，大概尚未揭露，进展不明；而 Flexus Biosciences 这家公司 2013 年成立，2015年 被 BMS 收购了 IDO1 抑制剂管线，随后关门大吉，并未提及 USP7，大概率无疾而终。从如下的时间线上也可以看出，这是一个被长久关注的药物靶标，技术的发展（如AlphaFold）使得对其的了解越来越清晰，并已经产生了多代不同类型的抑制剂的开发与发展。因此，USP7 被广泛关注，但仍无药物进入临床，相关研发相对具有挑战性。02生物学功能和结构特点 2.1   USP7生物学功能的多样性USP7 在多种细胞过程中扮演重要角色，具有几个关键的生物学功能。（1）p53 转录调控如下图，USP7 动态调节 p53 和 MDM2（一种 E3 泛素连接酶）的稳定性。在正常情况下，USP7 稳定 MDM2，导致 p53 降解；而在细胞应激（如 DNA 损伤）时，USP7 转而稳定 p53，激活凋亡途径。（2）癌症发展如下图，USP7 还可以通过调控 PTEN、FOXP3 和 Myc 等肿瘤抑制因子和原癌基因，促进肿瘤发生和进展。例如，USP7 可以使 PTEN 失活，从而促进 PI3K-AKT-mTOR 信号通路的异常激活。（3）DAN 损伤修复如下图，USP7 参与 DNA 损伤修复过程，通过调控 PCNA、RNF168 和 MDC1 等蛋白质的稳定性，影响 DNA 修复效率。（4）细胞周期如下图，USP7 通过稳定 Chfr 和 Claspin 等蛋白质，调控细胞周期进程。（5）表观遗传调控如下图，USP7 通过稳定 DNMT1 和 PHF8 等蛋白质，调控 DNA 甲基化和组蛋白去甲基化。（6）病毒感染如下图，USP7 可以稳定病毒蛋白（如 HSV-1 的 ICP0 和 EBV 的 EBNA1），帮助病毒逃避免疫系统并促进感染。此外，USP7 还通过与核因子（NF)-κB 相互作用来调节炎症相关过程，，如下图。 2.2   USP7 结构特点如下图，是USP7 的全长结构，包含有多个结构域。（1）N端类肿瘤坏死因子受体相关因子（TRAF）结构域：识别 p53、MDM2等底物的特定序列。（2）催化结构域（CD）：包含 Cys223、His464、Asp481等残基，负责水解泛素的 C 末端；通过 “酰化-去酰化” 机制切割泛素链，其结构可塑性高，为抑制剂结合提供多种可能。（3）类泛素结构域（UBL)：包含 5 个连续的 UBL 结构域，参与泛素结合和酶活性调控，如结合病毒蛋白获调控因子，如GMPS、UHRF1等。（4）C-末端尾部：通过与催化结构域相互作用，稳定 USP7 的活性构象。此外，USP7 的催化域具有结构可塑性，其活性受到底物、内部机制（如构象变化）和外部因子（如 GMPS 和 DNMT1）的多层调控，如下图。03药物靶标的潜力和挑战USP7的多功能性和在疾病进展中的关键作用，使其成为热门的药物研发靶点，其结构特点为其靶点配体的开发提供了多样性；但同时，目前基于 USP7 的抑制剂的研究也面临着巨大的挑战，真正突破临床的关键时刻。 3.1   当前的几个关键研究方向通过晶体结构研究发现，在 CD 结构域有两个不同的结合口袋：Site 1、Site 2。其中，Site 1 位于靠近泛素结合口袋附近的正构结合位点，Site 2 位于远离USP7活性中心的一个独特变构作为位点。两种类型的相互作用都有助于将泛素的 C 端定位到活性位点。Site 1 Type I 型非共价抑制剂代表如下图中结合模式的晶体结构，其中主要包含的关键核心化学型有：单环嘧啶酮类、单环噻吩并嘧啶酮类、单环吡唑并嘧啶酮类、单环苯并嘧啶酮类、单环二联芳环类。Site 1 Type II 型共价抑制剂代表如下图中结合模式的晶体结构，其中主要包含的关键核心化学型有：单环吡唑并嘧啶酮类、二杂芳基硫醚类。共价弹头靶向 Cys223。Site 2 Type I 型非共价抑制剂（变构抑制剂）代表如下图中结合模式的晶体结构，其中主要包含的关键核心化学型有：芳基噁二唑、芳基二联杂芳环。这些 site2 抑制剂，通过靶向远离催化半胱氨酸的区域并干扰泛素结合，提供了一种有希望的策略来调节 USP7 活性，同时潜在地减少与直接催化抑制相关的脱靶效应。除了以上基于催化结构域的正构、变构抑制剂的研究以外，也有通过诱导 USP7 的降解，实现更持久的抑制效果，比如PROTACs，如XU-U-14、U7D-1。 3.2   构效关系的关键发现对以上现有研究方向的基于结构的研究发现，作用于催化结构域的非共价与共价配体有一些显著的结构特征。比如：（1）与催化中心的相互作用：如，与 Asp295、Gln297、Phe409 等保守氨基酸的氢键或疏水作用是抑制剂结合的关键。例如，吡唑并嘧啶酮类化合物通过苯环与 Phe409 的 π-π 相互作用增强结合力。（2）核心化学型多样性：多种类型的杂环结构均能有效占据泛素的结合口袋。（3）共价弹头优化：P50429 的吡啶环比 P22077 的噻吩环更易引发亲核攻击，使前者活性提高 20 倍，显示亲电弹头化学结构对共价反应的关键影响。 3.3   USP7 抑制剂临床面临的挑战尽管 USP7 抑制剂在体外和动物模型中表现出良好的抗肿瘤活性，但目前尚未进入临床试验。主要挑战包括：（1）药代动力学问题：如吸收、分布、代谢和排泄（ADME）的优化。（2）潜在毒性：USP7 抑制剂可能引发基因毒性、蛋白质毒性和胃肠道毒性。（3）选择性问题：USP7 与其他去泛素化酶的结构高度保守，开发高选择性抑制剂具有挑战性。04总结与展望随着技术的发展，如结构生物学技术（X-射线单晶衍射、冷冻电镜、AlphaFold等），可以深入研究 USP7 的底物识别机制和催化循环中的构象变化。基于技术的发展，利用结构信息将更有利于现有抑制剂的优化，并促进开发新型的骨架结构，提高选择性和效力。通过对 USP7 结构的了解，可以看到其 N 端类 TRAF 结构域识别 p53、MDM2底物，C端 UBL 结构域，病毒因子或调控因子，这些相互作用是潜在的 PPI 抑制剂靶点，那么可以引入诸如肽（包括环肽）的新型的化学型，基于底物结合结构域开发新型抑制剂。甚至可以通过构建高通量肽库（如噬菌体展示、mRNA展示、DNA编码文库）进行高通量的筛选。此外，似乎也可以考虑联合用药联合治疗的策略探索更多免疫疗法的手段。总之，USP7 凭借其在癌症、病毒感染等疾病中的核心调控作用，以及独特的结构可塑性，是一个极具潜力的药物靶点。尽管目前尚无抑制剂进入临床，但通过聚焦变构调节、共价弹头优化、PROTAC 技术及结构生物学指导的精准设计，有望突破研发瓶颈。未来需结合多学科手段（如计算化学、基因编辑模型），解决选择性和毒性问题，推动 USP7 靶向药物从实验室走向临床，为多种难治性疾病提供新疗法。声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

引言 近年来，肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)中癌细胞的免疫逃逸机制引起了广泛关注。在正常情况下，免疫系统，尤其是T细胞，能够识别并清除异常的癌细胞。然而，癌细胞为了生存和增殖，发展出了多种复杂的机制来躲避免疫系统的攻击，其中包括代谢重编程和线粒体功能障碍等策略。研究表明，癌细胞会通过影响浸润肿瘤的淋巴细胞(TILs)的代谢状态，削弱其抗肿瘤免疫功能。然而，这些过程的具体分子机制至今仍未完全揭示。 1月22日Nature的研究报道“Immune evasion through mitochondrial transfer in the tumour microenvironment”，通过对多种癌症类型的临床样本进行分析，首次揭示了癌细胞通过线粒体(mtDNA)转移实现免疫逃逸的全新机制。研究发现，癌细胞能够将携带线粒体DNA突变的线粒体转移至T细胞。这些突变线粒体不仅不会被T细胞的线粒体自噬系统清除，反而会通过特定分子保护机制稳定存在，从而导致T细胞的代谢异常和功能失效。具体而言，这种线粒体转移会使T细胞进入衰老状态，影响其效应功能和记忆形成能力，从而严重削弱抗肿瘤免疫反应。 研究进一步指出，携带mtDNA突变的肿瘤组织在使用免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors, ICIs)治疗时表现出较差的疗效。这一发现为我们理解癌症免疫治疗失败的潜在原因提供了重要线索，并为未来开发更有效的癌症免疫治疗策略指明了新方向。 免疫系统的挑战 免疫系统是人体防御机制中的重要组成部分，能够识别和清除外来病原体和异常细胞。然而，在癌症的发展过程中，免疫系统面临着一场艰难的“攻防战”。尽管免疫细胞，尤其是T细胞(T cells)，在抗肿瘤免疫中扮演着关键角色，癌细胞却利用多种策略巧妙地逃避了免疫系统的监视和攻击。 免疫系统与癌症的“拔河战” T细胞的主要任务是通过识别肿瘤细胞表面的特异性抗原来触发攻击。然而，癌细胞会通过调节肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)，削弱T细胞的攻击能力。例如，癌细胞能够分泌免疫抑制性分子，如程序性死亡配体1(PD-L1)，与T细胞表面的程序性死亡蛋白1(PD-1)结合，从而抑制T细胞的活性。这种“免疫刹车”机制不仅减弱了T细胞的杀伤能力，还促使它们逐渐进入衰竭状态，丧失持久的抗肿瘤作用。 免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors, ICIs)通过解除这一“免疫刹车”机制，显著提高了多种癌症的治疗效果。然而，研究表明，许多患者对ICI疗法反应不佳，这与癌细胞更深层次的免疫逃逸机制密切相关。理解这些机制是进一步提升治疗效果的关键。 肿瘤微环境中的免疫压制 TME是由癌细胞、基质细胞、免疫细胞及其分泌的分子共同构成的复杂生态系统。在TME中，癌细胞通过调节局部代谢环境削弱免疫反应。例如，TME通常表现出低氧(hypoxia)和低葡萄糖浓度的特性，迫使免疫细胞转向低效的糖酵解代谢(glycolysis)，从而降低其效能。此外，癌细胞的代谢重编程还会释放活性氧(reactive oxygen species, ROS)，进一步损伤浸润肿瘤的淋巴细胞(TILs)，使其进入终末分化和功能衰竭状态。 线粒体转移：癌细胞的新型“武器” 线粒体(mitochondria)被誉为细胞的“能量工厂”，是大多数真核细胞中至关重要的细胞器。它通过氧化磷酸化(oxidative phosphorylation, OXPHOS)将营养物质转化为能量分子ATP，为细胞活动提供动力。此外，线粒体还参与调节细胞内钙稳态、活性氧(ROS)平衡以及细胞凋亡等多种重要功能。在免疫细胞，尤其是T细胞中，线粒体功能的健全对于维持其代谢活动、效应功能及免疫记忆的形成至关重要。 在肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)中，T细胞常常因能量供应不足和代谢压力而表现出功能失效。然而，癌细胞不仅仅依靠代谢抑制削弱T细胞，还通过更隐秘的机制——线粒体转移，直接影响T细胞的核心代谢和功能。 癌细胞如何利用线粒体转移 该研究首次揭示了一种新型免疫逃逸机制，即癌细胞能够将自身的线粒体转移到T细胞中，从而通过直接干扰T细胞的能量代谢和功能来削弱其免疫活性。这种线粒体转移并非随机事件，而是一个受调控的过程，涉及癌细胞通过细胞间物质传递网络（如纳米管、外泌体等）与T细胞进行物理和分子连接。 值得注意的是，癌细胞转移的线粒体往往携带线粒体DNA(mtDNA)突变。这些突变显著影响了线粒体的功能，例如降低ATP的生成效率并增加ROS的产生。这些功能异常的线粒体在T细胞中稳定存在，破坏了其正常的代谢平衡，迫使T细胞进入糖酵解依赖状态。这不仅削弱了T细胞的抗肿瘤杀伤力，还导致其快速进入功能衰竭和衰老状态。 实验数据显示，在多种癌症类型的患者肿瘤组织中，携带mtDNA突变的线粒体在T细胞内的积累显著增加。对比健康个体和肿瘤患者的T细胞代谢情况，研究发现，肿瘤浸润T细胞的氧化磷酸化活性明显降低，而糖酵解代谢的标志物显著升高。此外，转移到T细胞中的线粒体还改变了T细胞线粒体的形态，表现为嵴结构的破坏和线粒体膜电位的紊乱，这些变化直接影响了T细胞的效应功能和免疫记忆形成。 通过线粒体转移，癌细胞不仅实现了对T细胞功能的精确抑制，还为其免疫逃逸增加了一道屏障。该研究进一步指出，这种机制与免疫治疗效果不佳密切相关，尤其是在携带大量mtDNA突变的患者中，免疫检查点抑制剂的疗效显著降低。 癌细胞线粒体DNA突变(mtDNA-mutated mitochondria)通过多种机制转移至肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)并逐渐在TILs中达到同质性（Credit: Nature） 线粒体转移的可视化证据（图a, e, f） 使用共聚焦显微镜和数字全息显微镜，观察到标记为MitoTracker Green的TIL04#9细胞与标记为MitoDsRed的MEL04癌细胞共培养时，癌细胞线粒体成功转移至TILs。共培养2天后，可以清晰地观察到MEL04细胞的线粒体出现在TIL04#9细胞中。时间序列影像分析显示，线粒体的转移和整合是一个动态的过程，TILs逐渐吸收和整合来自癌细胞的线粒体。 线粒体转移的流式细胞术分析（图b, g, h） 流式细胞术分析进一步证实，标记为DsRed的癌细胞线粒体能够有效转移至TILs。在体内实验中，对肿瘤组织进行消化并用CD45和CD3标记淋巴细胞，发现DsRed+的T细胞比例显著增加，证明癌细胞线粒体能够在体内转移至TILs。 线粒体转移机制的研究（图c） 为研究线粒体转移的机制，实验通过抑制主要组织相容性复合物I类(MHC-I)、抑制细胞间纳米管(TNT, 使用细胞松弛素B)、插入阻隔膜(3μm或0.4μm孔径)、抑制小型胞外囊泡(EV, 使用GW4869)或抑制微型胞外囊泡(microEV, 使用Y-27632)等方法，对转移过程进行干预。结果表明，抑制TNT和小型EV显著减少了癌细胞线粒体向TIL的转移，说明这些路径是主要的转移机制。 转移线粒体的mtDNA同质性变化（图d, i） 对共培养后的TILs进行单细胞分选和mtDNA测序，发现转移的mtDNA逐渐在TILs中达到同质性(homoplasmy)，表明癌细胞线粒体在TILs内被稳定整合。体内实验也证实，DsRed+ T细胞中的mtDNA与癌细胞的mtDNA一致，而DsRed− T细胞中未检测到癌细胞来源的mtDNA。 线粒体DNA突变的“暗藏杀机” 线粒体DNA(mtDNA)是动物细胞中唯一存在于细胞核外的遗传物质，它由一小段环状双链DNA组成，编码着与能量代谢密切相关的核心蛋白。由于缺乏高效的DNA修复机制，mtDNA极易受到外界刺激如活性氧(ROS)的损伤，从而产生突变。研究发现，癌细胞的mtDNA突变具有以下显著特点： 高频突变：癌细胞的mtDNA突变频率远高于正常细胞。该研究数据显示，约80%的肿瘤样本中检测到了特定的mtDNA突变，且这些突变多集中在与氧化磷酸化(oxidative phosphorylation, OXPHOS)相关的基因区域。 功能性突变：这些突变不仅是“旁观者”，还直接影响了线粒体的核心功能，例如ATP生成的效率降低、呼吸链复合物活性受损，以及ROS生成增加。 选择性富集：某些mtDNA突变在癌细胞中被选择性富集，可能赋予其生存优势，例如通过改变代谢途径以适应肿瘤微环境中的低氧和营养匮乏条件。线粒体DNA突变对T细胞的“暗杀”机制 癌细胞的mtDNA突变不仅是其代谢重编程的一部分，还通过线粒体转移的方式对免疫细胞，特别是T细胞，产生深远影响。该研究揭示了这一机制的关键步骤： 转移后的代谢干扰：当癌细胞将携带mtDNA突变的线粒体转移到T细胞后，这些线粒体开始整合到T细胞的代谢网络中。然而，由于mtDNA突变导致线粒体功能异常，T细胞的能量代谢迅速被干扰。研究显示，这些线粒体的ATP生成能力显著降低，同时ROS的产生显著增加。这种代谢紊乱迫使T细胞过度依赖糖酵解，而放弃更高效的氧化磷酸化路径，从而削弱其持久的免疫功能。 功能性障碍与效应丧失：随着T细胞的代谢逐渐紊乱，其功能性逐步丧失。实验表明，接受癌细胞线粒体转移的T细胞在抗原识别和细胞毒性方面表现出显著下降。这些T细胞不仅无法有效杀伤癌细胞，还进入了早衰状态，进一步降低了抗肿瘤免疫的效果。 ROS的累积效应：高水平的ROS是癌细胞mtDNA突变线粒体的“标志”，而ROS的累积会直接损伤T细胞的DNA和蛋白质，触发细胞凋亡或衰老机制。此外，ROS还通过激活T细胞内的特定信号通路，抑制其分化为记忆T细胞，削弱了免疫系统的长期保护能力。具体来看，通过对肿瘤患者的T细胞和健康个体的T细胞进行比较，研究发现，肿瘤患者的T细胞中携带mtDNA突变的线粒体比例显著升高，这些T细胞的ROS水平比正常T细胞高出2.5倍。此外，实验还显示，接受mtDNA突变线粒体的T细胞在氧化磷酸化酶活性和ATP生成方面下降了40%以上，而糖酵解相关的代谢酶活性则增加了近60%。 线粒体保护机制：癌细胞的秘密武器 逃避清除的谜题：转移线粒体的“伪装术” 通常情况下，细胞拥有一套精密的清除系统，能够通过线粒体自噬(mitophagy)及时处理受损或功能异常的线粒体，以维持细胞内环境的稳定。然而，癌细胞转移到T细胞的线粒体却成功逃避了这套清除机制，得以在T细胞中稳定存在。为什么这些突变的线粒体能够“免于追责”？ 研究发现，癌细胞转移到T细胞的线粒体携带特定的保护分子，这些分子可以干扰T细胞线粒体自噬的正常过程。例如，癌细胞分泌的外泌体不仅携带突变的线粒体，还包含能够抑制自噬信号通路的蛋白分子。这种“伪装”策略使T细胞无法识别并清除这些异常线粒体，从而导致功能受损。 USP30：癌细胞的关键保护因子 该研究重点揭示了去泛素化酶USP30在这一过程中扮演的重要角色。USP30是一种位于线粒体外膜的去泛素化酶，通过移除泛素分子阻止线粒体被标记为自噬靶点。在癌细胞转移的线粒体中，USP30的高表达被认为是其逃避T细胞自噬清除的核心机制。 研究表明，USP30通过以下机制发挥作用： 抑制泛素标记：泛素化是细胞标记受损线粒体用于自噬降解的关键步骤。然而，USP30通过移除线粒体外膜上的泛素分子，使突变线粒体得以“逃脱”自噬系统的识别。 保护突变线粒体的稳定性：USP30不仅阻断了自噬的触发，还帮助转移的线粒体维持膜电位和嵴结构的完整性，从而延长了这些功能异常的线粒体在T细胞中的存活时间。 干扰免疫代谢：转移的突变线粒体通过USP30的保护机制长期存在，持续破坏T细胞的代谢平衡，使其丧失抗肿瘤活性。这种效应在携带mtDNA突变的肿瘤患者中尤为显著。 具体来看，在实验模型中，研究人员通过基因敲除技术抑制USP30的表达后，T细胞中异常线粒体的清除率显著提升，T细胞的功能恢复能力也得到明显改善。同时，肿瘤生长速率显著减缓，表明USP30在癌细胞免疫逃逸中的重要性。 此外，临床样本分析显示，高USP30表达与肿瘤患者对免疫检查点抑制剂(ICI)治疗的低反应性显著相关。这一发现进一步验证了USP30作为癌细胞免疫逃逸核心因子的科学意义。 免疫治疗的新困境与出路 癌细胞携带的mtDNA突变通过影响线粒体转移，削弱了浸润肿瘤的淋巴细胞(TILs)的代谢功能，进一步抑制了T细胞的抗肿瘤活性。这种代谢紊乱不仅使T细胞在肿瘤微环境中处于劣势，还通过诱导T细胞早衰和效应丧失，降低了ICI疗法对患者的临床疗效。 该研究分析了多种癌症类型中mtDNA突变的分布，并将其与患者对ICI治疗的反应进行比较。结果显示：在携带高频mtDNA突变的肿瘤患者中，ICI治疗的总体缓解率显著低于低突变频率患者。mtDNA突变不仅与T细胞功能损伤密切相关，还导致肿瘤微环境中免疫抑制分子的表达增加，如程序性死亡配体1(PD-L1)。 这些数据表明，mtDNA突变可能是影响ICI疗效的重要生物标志物，而其背后的机制则涉及癌细胞通过线粒体转移干扰T细胞功能的能力。 破解困境：基于线粒体转移的潜在治疗策略 面对mtDNA突变对ICI疗效的负面影响，研究人员正探索多种基于线粒体转移机制的新型治疗策略。这些创新方法为增强免疫治疗效果提供了新的希望。 USP30抑制剂：如上文所述，去泛素化酶USP30是线粒体转移过程中关键的保护分子。通过阻断USP30的功能，可以增强T细胞对癌细胞转移线粒体的自噬清除能力，从而恢复T细胞的正常代谢和功能。初步研究显示，USP30抑制剂在动物实验中显著提高了ICI疗法的效果，使得T细胞在肿瘤微环境中重新获得活性。 线粒体转移阻断剂：另一种策略是直接阻断癌细胞向T细胞转移线粒体的过程。例如，靶向干扰细胞间纳米管或外泌体的形成和功能，可以有效减少线粒体转移的发生。这些阻断剂的开发正在积极进行，早期数据表明其在限制肿瘤扩散和改善ICI疗效方面具有巨大潜力。 mtDNA突变特异性疗法：基于mtDNA突变的个体化治疗策略也是未来的重要方向。例如，通过基因编辑技术修复癌细胞的mtDNA突变，或设计靶向mtDNA突变的分子药物，可以从根本上降低mtDNA突变对免疫系统的负面影响。 通过揭示mtDNA突变对免疫治疗的影响，该研究为癌症治疗提供了全新的视角。这不仅帮助研究人员更深入地理解癌症的免疫逃逸机制，也为开发更精准、更有效的治疗策略铺平了道路。 未来，结合mtDNA突变分析的生物标志物筛查技术有望被广泛应用于临床，以预测患者对ICI疗法的反应。此外，基于线粒体转移机制的多靶点干预策略可能成为癌症治疗的新基石。这些努力最终将帮助更多患者从免疫治疗中受益。 参考文献 Ikeda, H., Kawase, K., Nishi, T. et al. Immune evasion through mitochondrial transfer in the tumour microenvironment. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08439-0 责编|探索君 排版|探索君 转载请注明来源于【生物探索】 声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！ End 往期精选 围观 Science | 免疫系统如何挑选抗体中的“尖兵”? 热文 Nature Aging | 衰老可以被逆转吗？从血液标志物揭示抗衰老的可能性 热文 Cell | 肠道微生物如何影响肺部健康？“肠-肺轴”的免疫调控奥秘 热文 Cell | 突破感官边界：触觉与听觉信号整合的全新发现 热文 Nature Aging | 抗衰老的新方向：GD3能否成为治疗突破口？

*仅供医学专业人士阅读参考 2021年底，哈佛医学院的研究人员在《自然·纳米技术》杂志发表了一篇出人意料的研究论文[1]。 他们借助于具有超高分辨率的电子显微镜，看见癌细胞会借助隧道纳米管（TNTs），从自然杀伤T细胞中抽吸线粒体，一方面加强自身的代谢能力，另一方面削弱T细胞的免疫功能。 德国雷根斯堡大学的研究人员在看完这个研究之后，竟激动地飙出一句中文，“这不就是《三十六计》里的‘釜底抽薪’吗”[2]。 哈佛团队的研究人员可能没有想到，他们看到的并不是癌细胞的全部手段。实际上，癌细胞用的不是 “釜底抽薪”，而是“偷梁换柱”。 今天，由日本千叶县癌症中心和冈山大学富坚庸介领衔的研究团队，在顶级期刊《自然》上发表了一篇重磅研究论文[3]。 他们发现，癌细胞可以借助于隧道纳米管和细胞外囊泡，将DNA发生突变的失能线粒体输送到T细胞中。更厉害的是，跟着失能线粒体进入T细胞的，还有附着在线粒体表面的线粒体自噬抑制蛋白USP30。最后，癌细胞的失能线粒体会替换掉T细胞的健康线粒体，进而抑制T细胞的活化，让癌细胞实现免疫逃逸。 癌细胞的这波操作实属过分，不仅挖了T细胞的“矿”，还要把人家当“垃圾回收场”。 真不带这么欺负人的。 ▲ 论文首页截图（上）及机制示意图（下） 众所周知，肿瘤内的T细胞存在线粒体功能障碍的情况。 虽然背后的原因可能有很多，但是在了解到癌细胞与T细胞之间可以转移线粒体之后，富坚庸介就想知道T细胞里面的异常线粒体是不是来自于癌细胞。 于是他们给12名不同癌症患者的肿瘤浸润T细胞（TIL）线粒体DNA（mtDNA）测了个序，发现其中有5名患者的肿瘤浸润T细胞中存在发生突变的线粒体DNA。 随后，他们基于7名患者的癌细胞，构建了与T细胞相匹配的癌细胞系，有4名患者的肿瘤浸润T细胞中存在线粒体DNA突变，其中3名患者的肿瘤浸润T细胞mtDNA突变，与癌细胞mtDNA突变相同，而且这些线粒体都存在形态异常问题。这一发现意味着，T细胞和癌细胞之间可能存在线粒体转移。 ▲ 04号癌症患者的T细胞和癌细胞中线粒体情况 为了进一步证实癌细胞的线粒体进入到T细胞了，富坚庸介团队给携带野生型mtDNA的癌细胞和携带突变型mtDNA的癌细胞，都做了线粒体荧光标记。然后，将两种癌细胞分别与T细胞共培养。 他们发现，在初始的24小时之内，没有线粒体转移。但是在共培养24小时之后，就可以观察到线粒体从癌细胞进入T细胞的现象，而且mtDNA是否突变不影响线粒体从癌细胞进入T细胞。 他们还发现，无论是隧道纳米管抑制剂，还是小细胞外囊泡（约200纳米）释放抑制剂，都可以大幅降低癌细胞线粒体往T细胞中迁移。这说明，癌细胞可以通过直接和间接的方式，往T细胞中转移线粒体。 ▲ 共培养之后，癌细胞中的线粒体转移到T细胞中 接下来的问题是，肿瘤浸润T细胞中的线粒体会不会被癌细胞来源的线粒体完全替换掉呢？ 基于对单个T细胞的长时间观察，富坚庸介团队发现，在共培养大约15天的时候，一部分T细胞的线粒体居然会完全被肿瘤来源的线粒体替换掉。 这个现象激发了研究人员的好奇心，他们发现，原来肿瘤微环境中的癌细胞会释放活性氧（ROS），这些ROS会导致周围T细胞发生线粒体自噬，而T细胞中癌细胞来源的线粒体对ROS诱导的线粒体自噬有抗性。 究其背后原因，竟然是癌细胞在递送线粒体的时候，随同线粒体投递的还有去泛素化酶USP30，USP30会抑制Parkin介导的泛素化，导致线粒体自噬难以发生，进而保护了肿瘤来源的异常线粒体。如此一来，时间一长，肿瘤浸润T细胞内就只能剩下癌细胞来源的线粒体了。 ▲ 癌细胞送给T细胞的不止异常线粒体，还有线粒体的贴身保镖USP30 遗憾的是，癌细胞投递给T细胞的线粒体并不是什么好东西，而是功能受损且有害的线粒体。 简单来说，T细胞在接受了来自癌细胞的mtDNA突变线粒体之后，就会衰老，并出现效应功能和记忆形成缺陷，以及代谢异常。这进一步会导致CD8阳性T细胞不能被有效激活，甚至不响应PD-1抑制剂的治疗。 不难看出，癌细胞转移给肿瘤浸润T细胞的mtDNA突变线粒体，不仅成功削弱了T细胞的抗肿瘤免疫功能，帮助肿瘤实现免疫逃逸；还抑制了T细胞对免疫治疗的反应。真可谓是双重打击。 好消息是，用细胞外囊泡释放抑制剂GW4869处理，可以减少癌细胞mtDNA突变线粒体往T细胞中迁移，改善T细胞的功能，抑制肿瘤的生长，甚至恢复肿瘤对免疫治疗的敏感性。 ▲ 抑制癌细胞释放外囊泡，可以抑制肿瘤生长，提升免疫治疗效果 重要的是，上述发现在人体内是否存在呢？ 富坚庸介团队分析了95名黑色素瘤患者和86名非小细胞肺癌患者的临床数据，发现存在mtDNA突变的患者，接受PD-1抑制剂治疗后的无进展生存期和总生存期明显短于没有mtDNA突变者。 也就是说，即使是在癌症患者体内，肿瘤微环境中的mtDNA突变线粒体转移，可能也会损害抗肿瘤免疫力，进而导致免疫治疗疗效降低。 ▲ 机制示意图 总的来说，富坚庸介团队这项研究发现，部分肿瘤浸润T细胞和癌细胞中存在相同的mtDNA突变；他们还证实癌细胞中mtDNA突变线粒体可以经由隧道纳米管和细胞外囊泡进入肿瘤浸润T细胞；随后，mtDNA突变线粒体会替换掉T细胞中正常的线粒体，导致T细胞失能、不响应免疫治疗。 值得注意的是，在肿瘤患者中，肿瘤组织中存在mtDNA突变线粒体与免疫治疗预后不良有关。这些发现共同表明，mtDNA突变的线粒体从癌细胞转移到肿瘤浸润T细胞，会导致线粒体功能障碍和抗肿瘤免疫力受损。据了解，这也是科学家首次证实两种不同类型细胞之间存在线粒体双向转移。 虽然癌细胞把“偷梁换柱”这招玩儿的很溜，但是也就是在一年前，科学家已经发现了利用线粒体转移反制肿瘤的办法。 去年2月份，浙大和上海交大的研究人员发现，骨细胞也可以通过隧道纳米管往肿瘤细胞里送线粒体，只不过骨细胞的线粒体打入肿瘤细胞后，会释放mtDNA到肿瘤细胞的细胞质中，激活cGAS/STING通路、增强肿瘤免疫原性，吸引免疫细胞前来杀伤[4]。 去年9月份，文章开头介绍的哈佛医学院团队又发现，骨髓基质细胞（BMSC）可以与CD8阳性T细胞建立隧道纳米管连接，为T细胞输送线粒体，提升T细胞的增殖和浸润能力，让T细胞也更不容易耗竭[5]。 由此看来，线粒体的转移既可以成为抗癌的药物靶点，也可以成为抗癌的方法。期待科学家能用好这把双刃剑。 参考文献： [1].Saha T, Dash C, Jayabalan R, et al. Intercellular nanotubes mediate mitochondrial trafficking between cancer and immune cells. Nat Nanotechnol. 2022;17(1):98-106. doi:10.1038/s41565-021-01000-4 [2].Baldwin JG, Gattinoni L. Cancer cells hijack T-cell mitochondria. Nat Nanotechnol. 2022;17(1):3-4. doi:10.1038/s41565-021-01006-y [3].Ikeda, H., Kawase, K., Nishi, T. et al. Immune evasion through mitochondrial transfer in the tumour microenvironment. Nature. 2025. doi:10.1038/s41586-024-08439-0 [4].Zhou H, Zhang W, Li H, et al. Osteocyte mitochondria inhibit tumor development via STING-dependent antitumor immunity. Sci Adv. 2024;10(3):eadi4298. doi:10.1126/sciadv.adi4298 [5].Baldwin JG, Heuser-Loy C, Saha T, et al. Intercellular nanotube-mediated mitochondrial transfer enhances T cell metabolic fitness and antitumor efficacy. Cell. 2024;187(23):6614-6630.e21. doi:10.1016/j.cell.2024.08.029 本文作者丨BioTalker