研究揭示蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶3（PRMT3）在肝細(xì)胞癌中的作用

肝細(xì)胞癌（HCC）是最常見的肝癌類型，也是導(dǎo)致全球癌癥相關(guān)死亡的第三大原因。不適合手術(shù)的晚期HCC患者通常選擇化療、放療、靶向治療和免疫治療。其中，免疫檢查點(diǎn)阻斷療法，特別是靶向PD-1及其配體PD-L1的療法，為患者帶來了新希望。然而，PD-L1常在腫瘤細(xì)胞上表達(dá)，并與浸潤免疫細(xì)胞上的PD-1相互作用，促進(jìn)腫瘤免疫逃逸，因此有必要深入了解調(diào)節(jié)PD-L1表達(dá)的分子機(jī)制。

與此同時(shí)，代謝功能障礙在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并影響免疫治療的效果。有氧糖酵解是大多數(shù)腫瘤細(xì)胞能量代謝的特征。這種代謝轉(zhuǎn)變使腫瘤細(xì)胞能夠利用葡萄糖快速增殖，并產(chǎn)生和釋放大量乳酸。乳酸不僅會抑制免疫細(xì)胞的功能，還被發(fā)現(xiàn)與PD-L1表達(dá)存在關(guān)聯(lián)。乳酸化（乳酸介導(dǎo)的蛋白質(zhì)修飾），尤其是組蛋白乳酸化，近年來也引起了人們的關(guān)注，但組蛋白乳酸化在HCC腫瘤免疫中的作用尚未完全闡明。

近日，同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院和上海長征醫(yī)院的研究人員揭開了蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶3（PRMT3）在肝細(xì)胞癌中的作用。PRMT3通過激活PDHK1調(diào)控的糖酵解而促進(jìn)乳酸積累，進(jìn)而驅(qū)動PD-L1介導(dǎo)的免疫逃逸。這項(xiàng)研究成果于2025年3月發(fā)表在《Cell Death & Disease》雜志上，揭示了改善HCC免疫治療效果的潛在靶點(diǎn)。

圖片來源：《Cell Death & Disease》
（https://doi.org/10.1038/s41419-025-07482-7）

研究材料與方法
在這項(xiàng)研究中，研究人員構(gòu)建了肝臟特異性Prmt3基因敲除小鼠（Prmt3^LKO），并利用二乙基亞硝胺和四氯化碳（DEN-CCl4）誘導(dǎo)原發(fā)性肝細(xì)胞癌。他們還委托賽業(yè)生物構(gòu)建敲除Prmt3的Hepa1-6細(xì)胞，并生成異種移植瘤模型。他們利用RNA測序分析了敲除Prmt3后的基因表達(dá)變化，并通過免疫沉淀實(shí)驗(yàn)探究了組蛋白修飾與基因表達(dá)之間的關(guān)系。

技術(shù)路線
01 構(gòu)建肝臟特異性的Prmt3基因敲除小鼠，觀察其對腫瘤負(fù)荷和免疫細(xì)胞浸潤的影響
02 利用免疫沉淀和突變分析發(fā)現(xiàn)，PRMT3通過對PDHK1甲基化而促進(jìn)乳酸積累
03 RNA-seq和ChIP等分析顯示，PRMT3通過促進(jìn)組蛋白乳酸化修飾增強(qiáng)PD-L1的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控腫瘤微環(huán)境
04 利用小鼠皮下腫瘤模型評估PD-L1抗體治療是否可阻斷PRMT3的致癌作用

研究結(jié)果
1. PRMT3在HCC中發(fā)揮致癌作用
PRMT家族的成員通過介導(dǎo)底物蛋白上精氨酸殘基的甲基化修飾，在多種細(xì)胞過程和疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。之前的研究發(fā)現(xiàn)，PRMT3在人類HCC組織中上調(diào)并促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖。此次研究中，研究人員也觀察到，PRMT3在HCC組織中的表達(dá)顯著增加。PRMT3高表達(dá)與HCC患者的預(yù)后不良相關(guān)，而且PRMT3在Huh7細(xì)胞中的過表達(dá)會促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。這些結(jié)果證明了PRMT3在HCC中的致癌作用。

為了評估PRMT3在肝癌發(fā)生中的具體作用，研究人員生成了肝臟特異性的Prmt3基因敲除小鼠（Prmt3^LKO），并利用DEN-CCl4誘導(dǎo)肝細(xì)胞癌。至小鼠26周齡時(shí)，Prmt3基因敲除顯著降低了腫瘤負(fù)荷，具體體現(xiàn)在肝重比、腫瘤數(shù)量和大小上（圖1）。值得注意的是，與Prmt3^f/f小鼠相比，Prmt3^LKO小鼠腫瘤內(nèi)的CD8+ T細(xì)胞浸潤顯著增加，且激活的CD8+ T細(xì)胞比例上升，耗竭的CD8+ T細(xì)胞比例下降。

之后，他們將敲除Prmt3的Hepa1-6細(xì)胞（Prmt3^KO，由賽業(yè)生物提供）和對照細(xì)胞接種到免疫缺陷的裸鼠和免疫功能正常的C57BL/6小鼠中。與裸鼠相比，Prmt3^KO HCC異種移植瘤在C57BL/6小鼠中的生長速度顯著下降，且Prmt3敲除增強(qiáng)了C57BL/6小鼠腫瘤內(nèi)的CD8+ T細(xì)胞浸潤。這些結(jié)果表明，T細(xì)胞浸潤促進(jìn)了Prmt3敲除對腫瘤生長的抑制作用。

圖1 Prmt3基因敲除抑制腫瘤進(jìn)展^[1]

2. PRMT3通過甲基化PDHK1促進(jìn)乳酸積累
研究人員在進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)，Prmt3基因敲除會導(dǎo)致小鼠腫瘤內(nèi)的乳酸生成顯著減少，而對甘油三酯、總膽固醇和甲硫氨酸水平無明顯影響。免疫沉淀分析顯示，PRMT3與PDHK1發(fā)生相互作用，而PDHK1（丙酮酸脫氫酶激酶1）是Huh7細(xì)胞中調(diào)節(jié)糖酵解的關(guān)鍵分子。

后續(xù)分析顯示，PRMT3促進(jìn)了PDHK1的不對稱二甲基精氨酸（ADMA）修飾，修飾位點(diǎn)為第363和368位的精氨酸。與野生型PDHK1相比，R363/368 K突變體降低了底物的磷酸化（p-PDHA）水平，減少了乳酸的產(chǎn)生，并抑制了Huh7細(xì)胞的增殖。這些結(jié)果表明，PRMT3通過甲基化PDHK1促進(jìn)乳酸積累。

為了評估PDHK1的甲基化活性如何參與PRMT3的致癌作用，研究人員分析了Huh7細(xì)胞中p-PDHA的水平。他們發(fā)現(xiàn)，PRMT3的上調(diào)會增加p-PDHA水平，而PRMT3的抑制或下調(diào)則會顯著降低p-PDHA水平。在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，PDHK1抑制劑JX06的處理都能夠有效削弱PRMT3的促腫瘤作用。這些結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了PRMT3/PDHK1軸的促腫瘤作用。

3. PRMT3通過組蛋白乳酸化修飾促進(jìn)PD-L1的表達(dá)
為了進(jìn)一步探究PRMT3對腫瘤進(jìn)展的影響，研究人員對Prmt3^LKO和Prmt3^f/f小鼠的腫瘤組織開展了RNA-seq分析�；�因集富集分析（GSEA）顯示，在敲除Prmt3基因后，多個(gè)與腫瘤相關(guān)的免疫檢查點(diǎn)分子下調(diào)。其中，Pdl1在這些檢查點(diǎn)分子中表現(xiàn)出最顯著的下調(diào)。在多個(gè)細(xì)胞系及異種移植瘤中，敲除Prmt3或抑制其活性會降低PD-L1的表達(dá)，而過表達(dá)PRMT3會促進(jìn)PD-L1的表達(dá)。這些結(jié)果表明PRMT3通過調(diào)節(jié)PD-L1表達(dá)來調(diào)控腫瘤微環(huán)境。

那么，PRMT3誘導(dǎo)的糖酵解是否參與了其對PD-L1表達(dá)的促進(jìn)作用？他們發(fā)現(xiàn)，JX06有效阻斷了PRMT3對PD-L1表達(dá)的影響。同時(shí)，在不同劑量的乳酸刺激下，Huh-7細(xì)胞中的PD-L1 mRNA水平均有所升高，表明PRMT3對PD-L1的調(diào)節(jié)與乳酸水平變化一致（圖2）。最近的研究表明，乳酸誘導(dǎo)的組蛋白H3乳酸化修飾（H3K18la）可作為轉(zhuǎn)錄激活標(biāo)志物。

研究人員發(fā)現(xiàn)，乳酸刺激和PRMT3過表達(dá)都會提高Huh7細(xì)胞中的H3K18la水平。染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）實(shí)驗(yàn)顯示，乳酸處理后PD-L1啟動子區(qū)域的H3K18la富集顯著增加，且乳酸濃度越高，富集程度越高（圖2）。PRMT3過表達(dá)進(jìn)一步增強(qiáng)了啟動子區(qū)域的H3K18la富集。這些結(jié)果表明，PRMT3通過促進(jìn)組蛋白乳酸化修飾來增強(qiáng)PD-L1的表達(dá)。
 

圖2 PRMT3通過組蛋白乳酸化修飾促進(jìn)PD-L1的表達(dá)^[1]

3. PD-L1抗體阻斷了PRMT3的致癌作用
組織芯片（TMA）分析顯示，HCC患者腫瘤組織中的PRMT3表達(dá)與PD-L1水平呈正相關(guān)，并與CD8+ T細(xì)胞浸潤呈負(fù)相關(guān)。在小鼠皮下腫瘤模型中，PD-L1抗體治療有效降低了腫瘤負(fù)荷，并恢復(fù)了CD8+ T細(xì)胞浸潤（圖3）。此外，在分析患者隊(duì)列后，研究人員發(fā)現(xiàn)PD-1抗體治療應(yīng)答組中的PRMT3表達(dá)顯著高于無應(yīng)答組，這表明PRMT3有望成為預(yù)測PD-1/ PD-L1治療效果的生物標(biāo)志物。

圖3 PD-L1抗體治療阻斷了PRMT3的致癌作用^[1]

研究結(jié)論
這項(xiàng)研究表明，PRMT3通過激活PDHK1促進(jìn)糖酵解，進(jìn)而增加乳酸積累，并通過提高H3K18la水平促進(jìn)PD-L1 的表達(dá)。研究提出了一條全新的代謝-表觀遺傳調(diào)控軸，該軸在PRMT3高表達(dá)的腫瘤中調(diào)控腫瘤免疫。研究人員認(rèn)為，綜合考慮PRMT3表達(dá)、腫瘤乳酸水平和PD-L1表達(dá)，有望為HCC患者制定個(gè)性化的治療策略。

參考文獻(xiàn)：
[1]Ding, CH., Yan, FZ., Xu, BN. et al. PRMT3 drives PD-L1-mediated immune escape through activating PDHK1-regulated glycolysis in hepatocellular carcinoma. Cell Death Dis 16, 158 (2025). https://doi.org/10.1038/s41419-025-07482-7