Nat Cancer：王红艳/魏滨/唐惠儒团队揭示PID1调控胆固醇氧化，重编程巨噬细胞抗肿瘤新机制
01 文章导读
肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）具有功能可塑性，是调控肿瘤免疫的关键靶点。肿瘤微环境存在胆固醇代谢紊乱，已知酶促生成的25-羟胆固醇(25-OHC)，可强化TAMs的免疫抑制表型，但胆固醇能否通过其他通路生成功能相反的氧固醇以重编程TAMs，尚不明确。2026年6月，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心王红艳研究员、复旦大学魏滨教授和唐惠儒教授团队在Nature Cancer上合作发表了题为Targeting PID1 generates oxysterols to switch macrophage cell fates for improved antitumor immunity的研究型论文。研究发现肿瘤相关巨噬细胞（TAM）具有功能可塑性，调控肿瘤进展。PID1在肿瘤浸润巨噬细胞中高表达，其缺失可重塑TAM脂质代谢，生成7β-羟基胆固醇（7β-OHC）和5α,6α-环氧胆固醇（5α,6α-EC）两种氧固醇，推动免疫抑制型TAM向抗肿瘤表型转化，增强抗肿瘤免疫，5α,6α-EC与化疗药物5-氟尿嘧啶（5-Fu）联合使用时具有协同增效作用。
02 研究内容及结果
1. 肿瘤微环境促进TAMs中PID1的表达
分析公开数据集发现，PID1在巨噬细胞和单核细胞中表达较高，而在T细胞、B细胞和自然杀伤细胞中表达较低。在结直肠癌和肝细胞癌患者以及MC38肿瘤模型中，PID1主要表达于肿瘤浸润的单核细胞、树突状细胞和巨噬细胞，而在T细胞和B细胞中表达很低。进一步研究发现，肿瘤细胞培养上清可以显著上调巨噬细胞中PID1的表达，而对其他免疫细胞如T细胞、树突状细胞和骨髓源性抑制细胞无影响。机制研究表明，肿瘤微环境中的酸性pH和肿瘤坏死因子(TNF)通过激活NF-κB信号通路是诱导PID1表达的关键因素。肿瘤微环境可以通过多种机制促进TAMs中PID1的高表达。
2. Pid1基因缺失小鼠中肿瘤生长受到抑制
研究发现，在皮下MC38肿瘤模型中，Pid1CKO小鼠肿瘤重量明显减小。尽管Pid1WT和Pid1CKO小鼠肿瘤浸润的CD11b+髓系细胞和F4/80+巨噬细胞比例相似，但在Pid1CKO小鼠TAMs中上调了MHC II、CD80和CD86等关键的T细胞激活分子。此外，Pid1CKO TAMs中Cxcl9(招募CD8+T细胞的关键趋化因子)表达也明显增加。与此相符，Pid1CKO小鼠肿瘤中CD8+T细胞浸润更多，这些CD8+T细胞具有更强的增殖能力和IFN-γ、粒细胞素B和IL-2的产生，反映了其增强的抗肿瘤效应功能。进一步通过CD8+T细胞清除实验证实，Pid1缺失TAMs抑制肿瘤生长依赖于CD8+T细胞。研究还扩展到其他皮下肿瘤模型，如Hepa1-6肝癌和B16-F10黑色素瘤，后者具有高度免疫抑制的肿瘤微环境。在这些模型中，Pid1CKO小鼠肿瘤生长也显著受抑。与此相符，Pid1CKO小鼠肿瘤中浸润的CD8+T细胞更多，且IFN-γ产生更高。
此外，在结直肠和肝脏的正位肿瘤模型中，Pid1CKO小鼠也表现出更少和更小的肿瘤。在肝脏肿瘤模型中，Pid1CKO小鼠肝脏表面结节更少，肝细胞增生区域更小，小腺瘤数量也减少，肝脏/体重比例也降低，表明恶性增殖程度较弱。在皮肤肿瘤模型中，Pid1CKO小鼠肿瘤生长也更慢，肿瘤重量更轻。在这三种正位肿瘤模型中，Pid1CKO肿瘤中CD8+T细胞浸润增加，IFN-γ产生也更高。
图1 Pid1基因缺失小鼠中肿瘤生长受到抑制
3. 靶向PID1可改变巨噬细胞的命运，同时下调ARG1的表达
在多种肿瘤模型中，Pid1CKOTAMs的ARG1蛋白和mRNA表达均下调。体外实验也证实，Pid1CKO巨噬细胞在肿瘤细胞培养基或IL-4/IL-13刺激下，ARG1表达均降低。ARG1是TAM免疫抑制功能的标志性分子，可以耗竭肿瘤微环境中的精氨酸，从而抑制CD8+T细胞的增殖和功能。进一步分析发现，Pid1CKO TAMs表现出更强的炎症性表型，同时下调了另一个替代激活巨噬细胞的标志物CD206。氧消耗率的降低也表明Pid1CKO TAMs的免疫抑制功能减弱。这些表型在人体肿瘤样本中也得到验证，PID1阴性TAMs具有更强的炎症性和更弱的免疫抑制性。为了进一步验证ARG1在肿瘤生长中的作用，使用ARG1抑制剂CB-1158处理肿瘤后，消除了Pid1WT和Pid1CKO小鼠之间的肿瘤生长差异。CB-1158还增加了肿瘤浸润CD8+T细胞的数量和IFN-γ产生，并上调TAMs中IL-1β和IL-6的表达。体外实验也证实，Arg1敲低可以增强CD8+T细胞的增殖和IFN-γ产生。同样地，在人源性巨噬细胞中，PID1敲低也可以降低ARG1表达，增强巨噬细胞的炎症性，并促进自体CD8+T细胞的IFN-γ产生。靶向PID1可以降低TAMs中ARG1的表达，从而减弱其免疫抑制功能，增强抗肿瘤免疫应答，抑制肿瘤生长。
图2 靶向PID1可改变巨噬细胞的命运，同时下调ARG1的表达
4. PID1缺陷型TAMs中的脂质代谢发生重塑
scRNA-seq分析显示，在人结直肠癌和肝细胞癌样本中，PID1阴性的TAMs在脂质代谢相关基因的表达上存在显著差异。进一步研究发现，Pid1缺失会导致TAMs中LRP1蛋白水平降低、LDLR蛋白水平升高，这与PID1在肝细胞中调控LRP1和LDLR表达的机制相似。无论是Pid1缺失的TAMs，还是经IL-4/IL-13刺激的Pid1缺失巨噬细胞，均呈现LRP1下降、LDLR上升的表型，而人源TAMs数据也证实PID1阴性TAMs具有更高的LDLR表达。此外，Pid1缺失的TAMs还上调了脂质摄取和转运相关基因（如Cd36和Npc1）的表达。
尽管Pid1缺失的TAMs脂质摄取能力更强，但胞内脂滴的积累反而减少。进一步分析发现，这些细胞中甘油三酯和游离脂肪酸的代谢通路均发生了改变，不过整体含量保持稳定。同时，Pid1缺失TAMs中溶血磷脂的水平有所升高，这类溶血磷脂可能参与调控细胞膜融合及巨噬细胞的活化。PID1缺失重塑了TAMs的脂质代谢，表现为增强脂质摄取但减少脂质滴积累，以及溶解磷脂水平的升高。
图3 PID1缺陷型TAMs中的脂质代谢发生重塑
5. PID1缺失会导致游离胆固醇、5α,6α-EC和7β-OHC的积累
Pid1缺失TAMs中胆固醇酯水平显著降低，而游离胆固醇水平升高。这是由于Pid1缺失TAMs上调了胆固醇水解相关基因(Lipa和Nceh1)、下调了胆固醇酯化基因(Acat2)，导致游离胆固醇的积累。进一步分析发现，Pid1缺失TAMs中胆固醇合成酶(Sqle)表达降低，而胆固醇外排转运子(Abca1)表达升高，这些变化也在人源性结直肠癌和肝细胞癌TAMs中得到验证。胆固醇处理可以抑制巨噬细胞的免疫抑制功能，而Lrp1和Ldlr的表达调控也参与了这一过程。
值得注意的是，Pid1缺失TAMs中两种非酶促胆固醇氧化产物5α,6α-EC和7β-OHC显著升高。这些氧化产物是由于Pid1缺失导致TAMs中活性氧水平升高而产生的。人源性肝细胞癌样本数据也显示，肿瘤组织中PID1表达与5α,6α-EC和7β-OHC水平呈负相关。综上所述，PID1缺失导致TAMs中游离胆固醇、5α，6α-EC和7β-OHC的积累，这可能通过改变TAMs的免疫功能从而影响肿瘤进展。
图4 PID1缺失会导致游离胆固醇、5α,6α-EC和7β-OHC的积累
6. ROS相关的氧固醇通过降低ARG1表达发挥作用
非酶促胆固醇氧化产物5α,6α-EC和7β-OHC通过抑制mTOR-STAT6信号通路，从而降低了ARG1的表达，减弱了TAMs的免疫抑制功能。具体来说，PID1缺失上调了ROS调控相关基因Cybb、Gsr和Acox1，而下调了Gpx1，导致ROS水平升高。进一步研究发现，胆固醇处理也可以通过增加Cybb和降低Gpx1来提高ROS水平。5α,6α-EC和7β-OHC处理可以剂量依赖性地抑制ARG1的表达，并且这种抑制作用可以被mTOR抑制剂rapamycin所逆转。
总之，PID1缺失导致TAMs中ROS水平升高，进而增加了5α,6α-EC和7β-OHC的产生，这些氧化产物通过抑制mTOR-STAT6信号通路来降低ARG1的表达，从而减弱TAMs的免疫抑制功能。
7. 5α,6α-EC能与其它成分协同抑制肿瘤生长
在MC38皮下肿瘤模型中，5α,6α-EC单药治疗就能显著抑制肿瘤生长，而与5-氟尿嘧啶(5-Fu)联合使用则进一步减小肿瘤体积和重量。这种联合疗法还增加了肿瘤浸润CD8+T细胞的比例和IFNγ表达。值得注意的是，通过抗CSF1R抗体耗竭巨噬细胞可以消除5α,6α-EC对肿瘤的抑制作用，表明巨噬细胞是5α,6α-EC发挥抗肿瘤作用的关键。
03 研究结论
PID1缺失引发代谢重塑：TAMs中PID1基因缺失会重塑脂质代谢途径，导致游离胆固醇水平显著升高。
ROS升高促进胆固醇氧化：PID1缺陷型TAMs同时表现出活性氧（ROS）水平增加，进而驱动胆固醇转化为两种氧化固醇——5α,6α-EC和7β-OHC。
氧化固醇重编程TAM表型：这两种氧化固醇能够将促肿瘤性（免疫抑制）TAMs重编程为抗肿瘤表型。
抗肿瘤效果及协同作用：由这两种氧化固醇所驱动的TAM表型转变（即重编程）可以产生显著的肿瘤生长抑制效果，并且与化疗药物5-Fu联合使用时具有协同增效作用。
