Cell Death & Differ | 山东大学刘发保等提出外泌体代谢物新轴线
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2026-02-21 14:59:46
2026年1月24日，山东大学刘发保，孟祥波，由晓娜，范玉琛和Ying Xu共同通讯在 Cell Death & Differentiation 在线发表题为“CARM1-mediated hypoxanthine-enriched exosomes rewire inosine metabolism and impair CD8+ T cell antitumor function”的研究论文。该研究鉴定出协同激活因子相关精氨酸甲基转移酶1（CARM1）是外泌体生物发生和代谢物分选的关键调控因子，其抑制CD8⁺ T细胞介导的抗肿瘤反应。在乳腺癌细胞中基因敲除CARM1会损害免疫抑制性外泌体的分泌，从而增强CD8⁺ T细胞的浸润、增殖及效应功能。
机制上，CARM1在精氨酸757位点使凋亡相关基因2相互作用蛋白X（ALIX）发生二甲基化，促进其与运输所需内体分选复合体（ESCRT）组分的相互作用，并促进富含四跨膜蛋白的外泌体生物发生。CARM1依赖的ALIX甲基化通过直接结合ALIX的F676口袋，实现了次黄嘌呤向外泌体的选择性包装。外泌体来源的次黄嘌呤破坏了活化CD8⁺ T细胞中的肌苷代谢，抑制了磷酸戊糖途径、糖酵解、核苷酸合并以及效应细胞因子的产生。联合使用CARM1抑制剂与肌苷可显著增强肿瘤浸润CD8⁺ T细胞的细胞毒性，减少PD-1⁺TIM-3⁺耗竭型CD8⁺ T细胞，并抑制肿瘤生长。这些发现确立了CARM1-ALIX-次黄嘌呤轴作为一种免疫抑制机制，并提示联合应用CARM1抑制与肌苷补充是乳腺癌一种有前景的治疗策略。
CD8⁺T细胞耗竭是由慢性抗原刺激、营养匮乏以及肿瘤微环境（TME）内的免疫抑制因子共同驱动的。肿瘤来源的外泌体已成为免疫逃逸的关键介质，通过递送生物活性物质促进局部及全身性的细胞间通讯。这些特性使得外泌体成为多种癌症中极具前景的诊断生物标志物和治疗靶点。尽管外泌体蛋白和非编码RNA已被确认为免疫抑制介质，但代谢物被分选进入外泌体的调控机制及其对抗肿瘤免疫的影响仍不甚明确。
外泌体的生物发生是一个受到精密调控的过程，包括货物分选、膜内陷、细胞内多泡体（MVBs）的形成以及腔内囊泡（ILVs）从MVBs中的释放。运输所需的内体分选复合物（ESCRT）机制，特别是适配蛋白凋亡相关基因2相互作用蛋白X（ALIX），通过与syntenin-1和溶血双磷脂酸（LBPA）的交互作用，在货物分选和囊泡形成中发挥着关键作用。从结构上看，ALIX包含一个N端Bro1结构域、一个中央V形结构域和一个灵活的C端富含脯氨酸结构域（PRD）。Bro1结构域负责募集带电多泡体蛋白4（CHMP4，一种ESCRT-III蛋白）。而V结构域包含一个以F676为中心的高度疏水性口袋（F676口袋），该口袋可作为逆转录病毒Gag蛋白的停靠位点。
在细胞质中，由于分子内交互作用使F676口袋无法接近，ALIX通常呈现闭合构象。相反，开放构象则促进TSG101和ESCRT-III组分的募集，从而使货物得以分选进入MVBs。PRD包含三个串联且序列相似的富含脯氨酸基序，这些基序介导与TSG101的相互作用，并包含一个负责ALIX多聚化的区域。ALIX介导的MVBs形成和外泌体释放涉及多种病理过程，包括逆转录病毒出芽、神经元死亡、阿尔茨海默病以及癌症进展。越来越多的证据表明，ALIX的功能受到翻译后修饰（PTMs）的调控，例如酪氨酸磷酸化和棕榈酰化。然而，ALIX的精氨酸甲基化是否调控外泌体生物发生和功能，仍是一个悬而未决的问题。
共激活因子相关精氨酸甲基转移酶1（CARM1），也称为PRMT4，是一种I型蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs），可催化组蛋白和非组蛋白底物的不对称二甲基化（ADMA）。已有文献报道了已验证的CARM1底物及其相应精氨酸甲基化位点的全面总结。鉴于其在肿瘤发生、治疗抵抗和转移中的关键作用，CARM1已成为多种癌症类型中极具吸引力的治疗靶点。值得注意的是，与其他PRMTs不同，CARM1优先识别富含脯氨酸的基序，这种底物特异性具有重要的功能意义。靶向CARM1可能通过同时影响肿瘤细胞和免疫细胞，产生双重治疗益处。抑制肿瘤细胞固有的CARM1可通过触发双链DNA（dsDNAs）和双链RNA（dsRNAs）感知通路，诱导强烈的I型干扰素反应，从而促进CD8⁺T细胞的浸润和细胞毒性。此外，在细胞毒性CD8⁺T细胞中失活CARM1可显著增强其抗肿瘤功能。尽管CARM1在调控肿瘤进展中的作用已得到确认，但其是否通过调节外泌体生物发生来影响肿瘤免疫逃逸，目前仍属未知。
在本研究中，作者发现CARM1通过甲基化ALIX的第757位精氨酸（R757）来调控外泌体生物发生，从而促进免疫抑制性外泌体的分泌。此外，CARM1-ALIX轴选择性地将次黄嘌呤包装进外泌体，后者破坏了CD8⁺T细胞内的肌苷代谢，削弱了其效应功能并促进了肿瘤进展。
