MTHFD2通过影响免疫浸润调控口腔鳞状细胞癌的研究进展.pdf

2023 年 4 月第 45 卷第 2 期农垦医学Journal of Nongken MedicineApr.2023Vol.45No.2MTHFD2 通过影响免疫浸润调控口腔鳞状细胞癌的研究进展郭启政1郭超2李源凤1（1.石河子大学医学院口腔医学系，新疆石河子，832002；2.石河子大学第一附属医院口腔科，新疆石河子，832008）【摘要】亚甲基四氢叶酸脱氢酶 2 是线粒体中叶酸介导的一碳代谢反应的关键酶，其在调控细胞生理过程，对包括肿瘤在内的多种疾病的发生、发展发挥着重要作用。本文就 MTHFD2 与肿瘤免疫浸润的关系以及在口腔鳞状细胞癌中的研究作一综述。【关键词】MTHFD2；OSCC；免疫浸润；免疫靶向治疗中图分类号：R739.8文献标识码：AResearch Advances in MTHFD2 Regulation of Oral Squamous Cell Carcinomaby Affecting Immune InfiltrationGUO Qi-zheng1，GUO Chao2，LI Yuan-feng1（1.Pharmacy School of Shihezi Univerisity,Xinjiang Shihezi,832002；2.Department of pharmacy,the First AffiliatedHospital of Shihezi University School of Medicine,Xinjiang Shihezi,832008）【Abstract】Methylenetetrahydrofolate dehydrogenase 2(MTHFD2)is a key enzyme in the folate-mediatedone-carbon metabolism(FOCM)response in mitochondria.MTHFD2 plays an important role in regulating cellularphysiological processes and the occurrence and development of various diseases,including tumors.This article reviewsthe relationship between MTHFD2 and tumor immune invasion and its role in oral squamous cell carcinoma.【Key words】MTHFD2;OSCC;Immune infiltration;Immunotargeted therapy1口腔鳞状细胞癌的研究和治疗现状口腔鳞状细胞癌（Oral Squamous Cell Carcino-ma,OSCC）可发生于舌、颊、牙龈、硬腭、口底等黏膜部位，是头颈部最常见的恶性肿瘤之一，占全部口腔癌 90%以上1，且 5 年存活率不足 50%2-3，低于口咽癌 5 年存活率的 65%4。有研究表明吸烟、饮酒、射线及咀嚼槟榔等是诱发 OSCC 的危险因素5。OSCC 的早期治疗大多以手术切除为主，晚期多以手术结合放疗和化疗综合进行，但因 OSCC 侵袭性强，转移率高6-7，晚期或局部复发的患者病死率仍居高不下，其治疗方面的研究仍有待进一步突破8。对于 OSCC 患者，早期诊断和治疗是提高存活率的关键，因此寻找新的检测方式及进行相关的肿瘤标志物检测逐渐成为趋势9。有研究发现，提高口腔内消化链球菌水平可能有助于 OSCC 的免疫治疗10；以 PD-1/PD-L1 和 CTLA4 抑制剂为代表的免疫检查点抑制剂的应用，延长了 OSCC 晚期患者的存活期，极大地改善了 OSCC 患者的预后11-12。此外，有研究证明13，OSCC 患者外周血中 CD3+、CD4+和 B 细胞的百分率、CD4+/CD8+的比值明显低于正常人，而CD8+和 NK 细胞的百分率高于正常人，说明 OSCC患者的细胞免疫及体液免疫功能有一定的削弱，若不加以干预，肿瘤细胞可能触发免疫逃逸机制，躲过机体的免疫监视而肆意发展14。因此，从免疫学的通讯作者：郭超，主治医师，从事口腔颌面外科研究。161 第 2 期农垦医学第 45 卷角度对 OSCC 的发病机制进行研究，有利于改进免疫治疗手段和增强抗肿瘤免疫应答的靶向治疗效果，为 OSCC 的免疫治疗提供理论支撑。2MTHFD2 的代谢功能和相关研究2.1 MTHFD2 的定义、特点及功能亚甲基四氢叶酸脱氢酶 2(Methylenetetrahydro-folate Dehydrogenase2,MTHFD2)又称亚甲基四氢叶酸环水解酶，是位于人体 2 号染色体 2p13.1 处MTHFD2 基因的表达产物15，其在细胞增殖、侵袭及凋亡的过程中有重要作用，是一种具有亚甲基四氢叶酸脱氢酶及环化水解酶的双重活性的代谢酶。2.2 MTHFD2 参与的代谢途径和功能叶酸介导的一碳代谢是合成嘌呤、dTMP 和将半胱氨酸重新甲基化为甲硫氨酸所必需的过程16。在哺乳动物细胞中，叶酸介导的一碳代谢被分为胞质和线粒体两个部分，作为线粒体中叶酸介导的一碳 代 谢(Folate-mediated One-Carbon Metabolism,FOCM)反应的关键酶17，MTHFD2 在线粒体途径中接连催化两个反应：催化 5,10-亚甲基四氢呋喃(5,10-methylene-THF)脱氢，还原为 5,10-甲基四氢呋喃(CH=THF)，然后在 NADH/NAD+介导下将5,10-甲基四氢呋喃水解生成 10-甲酰基-四氢呋喃(10-formyl-THF)18。10-formyl-THF 在 MTHFD1酶的作用下转化成甲酸盐并释放到细胞质中，以支持 DNA 复制过程中 dTMP 的合成。同时 10-甲酰基-四氢呋喃是合成嘌呤的底物，故 MTHFD2 在体内叶酸代谢合成嘌呤和嘧啶过程中发挥了重要作用并间接参与了一碳单位代谢19-20。蛋白质相互作用数据表明 MTHFD2 的功能亦与 RNA 加工有关16，MTHFD2 与一系列参与 RNA 代谢和翻译的核糖体和 RNA 加工蛋白发生相互作用并共表达及参与转录后的修饰，包括小核糖体亚单位蛋白(RPS13、RPS3A、RPS5、RPS8)、RNA 加工蛋白(hnRNPK、hn-RNPM、SYNCRIP、hnRNPR、hnRNPU、SF3B3、ILF2)、蛋白质伴侣(HSPA8、HSPB1、HSPD1、NPM1)和组蛋白/DNA修 复 蛋 白(HIST1H3A、HIST2H3A、HIST3H3、H3F3A、XRCC6、RPN1)等，使 MTHFD2 可影响基因表达和细胞行为。MTHFD2 与某些热休克蛋白(HSPs)的相互作用可帮助其折叠，但也有可能是两者复合物的其他成分结合并调节 HSPs 的功能；MTHFD2 和 hnRNPs 之间相互作用的后果目前尚不清楚，很有可能是允许核 MTHFD2 对基因表达进行某种控制。2.3 MTHFD2 与肿瘤的关系近年越来越多的研究证实 MTHFD2 除表达于胚胎、转化细胞和未分化组织中，在多种肿瘤组织中也有表达18,21，且与肿瘤患者的预后不良有很强的相关性22。MTHFD2 的高表达可支持肿瘤细胞快速增殖需要的快速糖酵解和氨基酸、核苷酸和脂类的合成23。基因表达和生物信息学分析表明 MTHFD2 在脑胶质瘤细胞中呈现高表达24-25；食管鳞状细胞癌组织中 MTHFD2 的表达水平明显升高，且差异具有统计学意义(0.05)26；在急性髓系白血病中 MTHFD2表达显著上调27；在结直肠癌组织中 MTHFD2 的表达水平也为升高状态28；在乳腺癌组织中 MTHFD2的表达水平高于癌旁正常组织且 MTHFD2 高表达的乳腺癌患者总体生存率明显低于 MTHFD2 低表达患者29。MTHFD2 维持甲基化水平的功能与肿瘤的发生发展存在较大相关性，例如在肾细胞癌中，MTHFD2 对于维持肾细胞癌整体的 N6-甲基腺苷(m6A)甲基化水平比较重要。MTHFD2 通过 HIF-2mRNA 的 m6A 甲基化促进 HIF-2 的翻译，从而促进代谢再编程和肿瘤生长30。有研究表明31，过量表达 MTHFD2 即可促进肿瘤细胞增殖，而该效果在缺乏脱氢酶活性的突变体蛋白中仍然存在；同时在与MTHFD2 共同表达的 50 个基因中，有 19 个基因参与 DNA 合成或修复，表明 MTHFD2 在脱氧核苷酸代谢中的作用。上述文献说明 MTHFD2 促进肿瘤细胞增殖的能力与其在线粒体中的已知代谢作用无关，而可能和其与细胞核中的 DNA 合成位点共同定位有关联。此外 MTHFD2 还可影响氧化还原稳态，叶酸类似物 LY345899 作为 MTHFD2 的抑制剂，可减少 NADPH/NADP+的量和 GSH/GSSG 水平，减少 SW620 细胞或基于 PDX 的肿瘤重量，起到调节结直肠癌的氧化还原平衡的作用32。因此 MTHFD2被认为是在肿瘤治疗中一个可操作的靶点。2.4 MTHFD2 在肿瘤中的调控机制MTHFD2 在肿瘤中的一些调控机制也逐渐被发现。许多研究发现 MTHFD2 在不同的癌细胞中由几个不同的 microRNA 直接调控。在肺癌中，hsa-miR-202 直接靶向 MTHFD233；在乳腺癌中，miR-9 直接靶向并抑制 MTHFD2 以抑制乳腺癌细胞的增殖34；在急性髓系白血病细胞中，miR-92a 直接下调 162 2023 年 4 月第 45 卷第 2 期农垦医学Journal of Nongken MedicineApr.2023Vol.45No.2MTHFD2 的水平以抑制急性髓系白血病细胞的增殖并诱导凋亡27；在结直肠癌中，miR-33a-5p 通过靶向并抑制 MTHFD2 以抑制结直肠癌的生长和迁移28。MTHFD2 还受一些转录因子的调控，例如在乳腺癌中，性别决定区域 Y相关高流动性组框 7(Sex-determining Region Y related high mobilitygroup box 7,SOX7)通过和 MTHFD2 基因上游的启动子结合以抑制 MTHFD2 基因的表达，起到肿瘤抑制作用35。此外在结直肠癌中，c-Myc 通过 Kras 激活的 PI3K/AKT 通路和细胞外信号调节激酶(Extracel-lular Signal-Regulated Kinase,ERK)通路在转录水平上调 MTHFD2 的表达来影响癌细胞的增殖33，故在OSCC 中 PI3K/Akt 通路起着核心调控作用。有研究表明36，基于 PD-L1 的敲除可抑制 Akt 和 Stat3 磷酸化的诱导后发现，在 SC79 作用于 OSCC 细胞后，PD-L1 siRNA 的表达略有下降，表明 Akt-Stat3 通路与 OSCC 细胞中 PD-L1 的表达有关。此外，有研究发现次黄嘌呤磷酸核糖转移酶 1(HPRT1)的过表达可以通过促进 MMP1/PI3K/AKT 信号通路来增强OSCC 患者对顺铂的耐药性并加重恶性程度37。基于此，可猜测 MTHFD2 也有可能通过影响 AKT 的磷酸化，导致 PI3K/AKT 通路激活，从而影响 OSCC 的进展。综合以上，MTHFD2 在多种癌组织中均有过度表达的情况22，故可将其作为潜在的癌症治疗靶点具有重要意义。3MTHFD2 通过参与免疫浸润影响 OS-CC 的发展3.1 免疫浸润与肿瘤的关系肿瘤免疫细胞浸润是指免疫细胞从血液中移向肿瘤组织并发挥其作用的现象。肿瘤中免疫细胞的浸润与临床结果密切相关，是最有可能用于提高患者生存率的药物靶标。有研究表明，肿瘤微环境(TME)中的免疫浸润在肿瘤发展中起关键作用，肿瘤浸润性免疫细胞的全面概况将阐明癌症免疫逃避的机制，并影响癌症患者的临床结果38。因此，了解TME 中的免疫浸润是提高免疫应答和开发使用免疫疗法治疗癌症的关键。3.2 肿瘤微环境及 OSCC 中的免疫细胞肿瘤微环境(TME)是肿瘤细胞周围的细胞环境，包括内皮细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、NK 细胞、免疫系统的某些细胞、成纤维细胞、间充质干细胞(MSC)和细胞外基质(ECM)，偶尔有脂肪细胞39-40。不同类型肿瘤和同一肿瘤不同病理阶段的 TME 成分都具有很大的异质性，在肿瘤的进展和转移中起着关键作用41。TME 内的细胞在癌变的所有阶段均为动态变化状态，其相互作用，并与肿瘤细胞相互作用，影响肿瘤的发展和进展，不仅能分泌大量多功能细胞因子，还能在细胞表面表达一系列配体或受体，与其他细胞直接相互作用，从而调节免疫网络。因此它们在复杂的 TME 中既起到免疫刺激作用，又起到免疫抑制作用，具体取决于肿瘤的类型及其发展阶段42。有学者在 115 例口咽及喉咽鳞状细胞癌患者中发现，对于肿瘤早期患者，瘤内高表达的 CD8+T细胞及 CD20+B 细胞提示较好的预后，而对于肿瘤晚期患者，高表达的 CD20+T 细胞则提示患者的生存期较短(n=115,0.05)43。Falk Wehrhan 等发现包括巨噬细胞、树突状细胞和活化的淋巴细胞在内多种免疫细胞所分泌的半乳凝素 3(Gal3)在早期 OSCC患者区域淋巴结中的表达较高，提示阻断 Gal3 可能是治疗 OSCC 的一种选择44-45。前期研究中发现41,46，OSCC 患者中趋化因子 CXCL12 和胰岛素样生长因子 2 mRNA 结合蛋白 2(IGF2BP2)表达显著升高，导致免疫细胞 CD8+T 细胞、T 细胞、静息树突状细胞和静息肥大细胞凋亡(0.05)，同时静息 NK 细胞、M0 巨噬细胞和嗜酸性粒细胞的水平升高(0.05)。CXCL12 由炎性癌相关成纤维细胞(iCAF)分泌，而 iCAF 可抑制 CD8+T 细胞等细胞的激活41；肿瘤细胞表面 PD-L1 与活化的 CD8+T 细胞表面的PD-1 结合，可抑制 CD8+T 细胞杀死肿瘤细胞的能力，而 IGF2BP2 可通过 PD-1/PD-L1 轴与 PD-L1 结合促进下咽癌细胞的增殖和抑制细胞的凋亡47。因此，CXCL12 和 IGF2BP2 可能影响 OSCC 中 CD8+T细胞的浸润和功能，导致免疫调节活性丧失，使得OSCC 肿瘤细胞发生免疫逃逸。3.3 肿瘤的免疫逃逸机制肿瘤的进展可以理解为 TME 失调的结果，所以有必要通过关注免疫监视下的肿瘤逃逸机制，更好地描述肿瘤浸润细胞的特征。目前认为肿瘤的免疫逃逸机制包括源于肿瘤细胞自身的逃逸机制和源于肿瘤微环境中免疫细胞的逃逸机制两方面，而 T细胞在免疫逃逸中起着重要的作用48-49。此外肿瘤 163 第 2 期农垦医学第 45 卷的免疫逃逸机制还涉及到包括 PD-L1、CTLA-4、TIM-3、LAG-3、IL-10、TGF-茁 等细胞因子的上调以及 M2 型巨噬细胞和调节性 T 细胞的存在等50。最能描述肿瘤免疫逃逸机制的是共同刺激分子的表达，共同刺激分子构成所谓的“免疫检查点”，通过激活或抑制的作用来调节免疫反应。PD-1 是一种抑制性共刺激分子，通过与配体 PD-L1 和 PD-L2 结合，诱导活化的 T 淋巴细胞耗尽51。异常表达 PD-L1 是肿瘤细胞逃避免疫监测的一种方式，抑制 PD-1 或PD-L1 可以重振 T 细胞的细胞毒性能力并诱导肿瘤消退38。对于头颈部肿瘤，有研究发现，HNSCC 组织中MTHFD2 mRNA 的表达水平要显著高于相应的正常组织，且差异有统计学意义(0.05)，但不同分期的 HNSCC 患者 MTHFD2 基因表达水平无明显差异。根据生物信息学分析，MTHFD2 和构建的蛋白质相互作用网络(PPI)涉及的基因主要集中在四氢叶酸代谢过程、一碳代谢过程中。在 KEGG 途径中，MTHFD2 和 PPI 相关基因主要通过四氢叶酸代谢途径、乙二醇酸和二羧酸代谢以及碳代谢在一碳库中富集。进一步分析表明，MTHFD2 基因与 HNSCC 患者的免疫浸润和预后有关23。因 此 推 测 MTHFD2 的 过 表 达 可 能 是 OS-CC/HNSCC 细 胞 逃 避 免 疫 检 测 的 一 种 方 式，MTHFD2 可能成为治疗的潜在靶点。3.4 参与免疫浸润的细胞及头颈部肿瘤免疫浸润细胞与 MTHFD2 的关系肿瘤浸润性淋巴细胞(Tumor-Infiltrating Lym-phocytes,TILs)在抗肿瘤免疫中起着关键作用，不同类型的 T 细胞，包括细胞毒性 T 细胞、辅助 T 细胞和调节性 T 细胞等均参与肿瘤环境中 T 细胞介导的免疫反应52，浸润到肿瘤区域、浸润性肿瘤边缘和引流的淋巴器官中。其中，由 CD8+T 细胞分化的细胞毒性 T 细胞(Cytotoxicity T Lymphocyte,CTL)通常可以杀死肿瘤细胞，与预后良好有很强的相关性。在次级淋巴细胞内 CD4+T 辅助细胞 1(Th1)可辅助CD8+T 细胞，增加细胞毒性 T 细胞的数量和质量；CD4+T 细胞还可协助活化 CD8+T 细胞，通过多种分子途径增强细胞毒性 T 细胞介导的反应，进一步增强细胞毒性 T 细胞的杀瘤活性53。此外 Th1 细胞还可产生细胞因子白细胞介素-2(IL-2)和干扰素(IFN-)，高水平的 IL-2 和 IFN-与良好的预后密切相关41，甚至在没有 CD8+T 细胞的情况下 CD4+T细胞也有一定的抗肿瘤特性54。其他一些 CD4+细胞群，例如产生 IL-4、IL-5 和 IL-13 以支持 B 细胞反应的 Th2 细胞，和产生 IL-17A，IL-17F，IL-21 和IL-22 以对抗微生物组织炎症的 Th17 细胞，通常被认为促进肿瘤生长39。对于头颈部肿瘤，有学者从肿瘤基因组图谱(TCGA)下载 HNSCC 队列的基因表达谱和相应的临床信息中筛选出差异表达的免疫相关代谢酶，通过单因素 COX 回归分析揭示与预后相关的免疫相关代谢酶，进一步分析 MTHFD2 在 HNSCC 中的预后意义及 MTHFD2 与免疫细胞浸润的关系，发现MTHFD2 高表达组(MTHFD2 中值表达)的肥大细胞活性和嗜酸性粒细胞比例较高，而 MTHFD2 低表达组(MTHFD2 中值表达)的 NK 细胞活性、树突状细胞和肥大细胞比例较高。皮尔逊相关分析显示，MTHFD2 与静息 NK 细胞、活化肥大细胞、嗜酸性粒细胞正相关，与活化 NK 细胞、静息肥大细胞、静息树突状细胞负相关55。相关生物信息学分析表明，MTHFD2 的表达增加与 NK 细胞的激活呈负相关，而与肥大细胞的激活呈正相关，提示 MTHFD2 可能在调节肿瘤免疫微环境中发挥重要作用。NK 细胞是介导抗肿瘤和抗病毒反应的主要先天淋巴细胞亚群，具有很强的杀瘤活性。MTHFD2 的上调可能导致静息 NK 细胞增多，活化 NK 细胞减少，提示 MTHFD2 可能通过影响 NK 细胞活性而发挥促肿瘤作用；肥大细胞在调节肿瘤微环境中起着多方面的作用，可以抑制或促进抗肿瘤免疫56。考虑到 MTHFD2 在 HNSCC 中的潜在促肿瘤作用，肥大细胞的激活可能会抑制 HN-SCC 的抗肿瘤免疫55。此外，研究发现下调 MTHFD2的表达可以减少 CD44+肿瘤干细胞标志物阳性细胞的数量，表明 MTHFD2 的表达缺失降低了癌症干细胞的特性23。有研究者利用 TIMER 数据库分析了 MTHFD2基因表达与巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、B淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞、CD4+T淋巴细胞等免疫浸润的相关性，发现 MTHFD2 基因的相对表达水平与巨噬细胞(r=0.712,0.05)、中性粒细胞(r=0.158,0.05)、树突状细胞(r=0.1825,0.05)、CD4+T 淋巴细胞(r=0.1825,0.05)的免疫浸润呈正相关，但与 CD8+T 淋 巴 细 胞 和 B 淋 巴 细 胞 无 相 关 性，164 2023 年 4 月第 45 卷第 2 期农垦医学Journal of Nongken MedicineApr.2023Vol.45No.2MTHFD2 高表达的 HNSCC 患者总体存活率低于低表达的 HNSCC 患者23。综合上述，MTHFD2 过表达与 OSCC/HNSCC 预后不良密切相关，可能在调节肿瘤免疫微环境中发挥重要作用。然而，以上大多数发现均基于生物信息学分析，现阶段仍需相应的细胞实验来验证上述发现。参考文献：1郑秀妍,曾妍,沈西华,等.ATP 结合盒转运蛋白 A1、载脂蛋白 AI和 B 类 1 型清道夫受体在口腔癌中的表达及意义J.农垦医学,2018,40(02):97-1022Liu Dingshan,Xin Zhili,Guo Songsong,et al.Blood and SalivaryMicroRNAs for Diagnosis of Oral Squamous Cell Carcinoma:ASystematic Review and Meta-AnalysisJ.Journal of Oral and Ma-xillofacial Surgery,2020,79(5):1082-10823Shanmugam A,Hariharan AK,Hasina R,et al.Ultrasensitive dete-ction of tumorspecific mutations in saliva of patients withoral cavity squamous cell 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