USP10调节线粒体氧化磷酸化介导TAMs极化并促进肺腺癌生长和转移的机制研究

Tumor-associated macrophages（TAMs）represent the major inflammatory cell population in tumors, which promote tumor development and progression based on M2 polarization. Reprogramming of glucose metabolisms is required for the polarization of macrophages. M1 macrophages mainly rely on glycolysis to supply energy, and M2 macrophages mainly rely on oxidative phosphorylation to supply energy. However, the mechanisms remain unknown. Our previous study revealed that TAMs promote EMT of lung adenocarcinoma cell. Recently, we found that USP10 was elevated in THP-1 derived M2 macrophages, overexpression of USP10 in macrophages promoted TCA cycle. In this study, immunoprecipitation, Seahorse and lung cancer orthotopic xenograft model will be used to do the following research: 1. We will investigate the relationship between USP10 expression in TAMs and lung adenocarcinoma growth and metastasis in vitro and in vivo. 2. We will clarify the role of USP10 in inducing M2 polarization and the regulating of mitochondrial oxidative phosphorylation. 3. We will identify a new substrate protein of USP10—ANT3, and explore the mechanisms of USP10 deubiquitinate ANT3 and regulate of mitochondrial oxidative phosphorylation to induce M2 polarization. This research is the crossover study of tumor immunology and immunometabolism, and will provide a new target for the immunotherapy of lung cancer.

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是肿瘤微环境中重要的促癌炎症细胞，多与其M2极化有关。糖代谢重编程参与巨噬细胞的极化调控，M1型依赖糖酵解供能，M2型则依赖线粒体氧化磷酸化供能，机制尚不清楚。前期工作证实TAMs可促进肺腺癌发生EMT。预实验发现M2巨噬细胞中USP10显著上调，巨噬细胞中过表达USP10可促进三羧酸循环。本研究拟利用免疫共沉淀、Seahorse及肺癌原位移植瘤动物模型等技术进行如下研究：1、从临床样本-体外-体内实验三个层面阐明TAMs中USP10表达在肺腺癌生长和转移中的作用；2、明确USP10对巨噬细胞M2极化和线粒体氧化磷酸化的影响；3、鉴定一种新的USP10去泛素化底物ANT3，探讨USP10通过去泛素化ANT3调控线粒体氧化磷酸化介导巨噬细胞M2极化的机制。本课题为肿瘤免疫与免疫代谢领域的交叉研究，从代谢角度阐明USP10可作为肺癌免疫治疗的新靶点。

去泛素化是一种重要的翻译后修饰过程，不仅能够抑制底物蛋白的泛素化降解，还可参与蛋白激酶活化、细胞定位转换以及信号转导等过程。肿瘤的发生与泛素化及去泛素化过程的动态失衡密切相关。USP10是去泛素化酶家族成员之一，其功能多与其对底物的去泛素化有关。至今已鉴定的USP10 的去泛素化底物蛋白包括抑癌基因p53和PTEN、SIRT6及自噬相关分子Beclin1等，进而参与调控细胞增殖、凋亡、细胞周期、DNA 损伤修复、自噬等过程。随着免疫检查点抑制剂相关免疫治疗的进展，在无EGFR敏感突变的晚期肺腺癌患者中，铂类为基础的化疗联合免疫治疗已被批准用于一线治疗。近期的研究发现顺铂为基础的化疗能够通过促进AKT的激活促进PDL1表达，而PDL1的表达是肺腺癌中PD1单抗的疗效预测指标。本研究利用生物信息学、分子生物学及肿瘤生物学等研究方法揭示USP10在肿瘤发生、肿瘤免疫应答及化疗耐药等多个过程中的作用和分子机制，并得出以下重要结论：（1）USP10通过去泛素化并稳定ANT3的表达促进顺铂介导的细胞凋亡；（2）USP10高表达可以作为晚期无EGFR敏感突变的肺腺癌患者铂类为基础一线化疗的疗效预测指标；（3）USP10通过抑制AKT的激活抑制顺铂介导的肺腺癌细胞PDL1表达，并提出USP10低表达的晚期无EGFR敏感突变的肺腺癌患者铂类为基础的化疗联合PD1治疗的有效率更高；（4）发现并证实USP10结合并去泛素化RIOK3；（5）证明RIOK3通过稳定FAK表达促进促进胰腺癌细胞侵袭及转移。总的来说，本项目发现并证实了USP10的两个重要靶蛋白ANT3及RIOK3，并进一步揭示USP10参与肺腺癌顺铂耐药及胰腺癌侵袭转移的具体机制，也为无EGFR敏感突变的晚期肺腺癌患者治疗方案的选择上提供了潜在的疗效预测指标。