小鼠模型助力破解糖尿病相關(guān)胰腺癌免疫逃逸關(guān)鍵機制

2025年8月12日，瑞金醫(yī)院胰腺外科沈柏用教授團隊和符達教授團隊，與南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院孫寶發(fā)教授在Cell Metabolism在線發(fā)表了題為"Tumor-Associated Schwann Cell Remodeling under Metabolic Stress via Lactate Sensing Orchestrates PDAC Development" 的研究論文。該論文揭示了糖尿病相關(guān)胰腺癌免疫逃逸的關(guān)鍵機制——“乳酸-METTL16-CTCF”信號軸，并發(fā)現(xiàn)臨床常用降脂藥瑞舒伐他汀可作為潛在METTL16抑制劑，大幅提升免疫治療療效。

南模生物為該研究提供了多種小鼠：KPC（NM-NSG-001）、Ldha-Flox（NM-CKO-200114）、Ldha-KO（NM-KO-205062）、Slc16a1-Flox（NM-CKO-2104085）、Slc16a3-Flox（NM-CKO-2109610）、Gfap-Cre（NM-KI-242462）、Mettl16-Flox（NM-CKO-2100804）、Nectin2-Flox（NM-CKO-230159）。
 

2型糖尿�。╰ype 2 diabetes，T2DM）和肥胖是胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinomas，PDAC）的重要風(fēng)險因素，可使發(fā)病風(fēng)險增加1.5~2倍。高血糖和高胰島素血癥通過激活胰島素/IGF-1信號通路、慢性炎癥和AGEs（晚期糖基化終產(chǎn)物）促進腫瘤發(fā)生。反之，PDAC也可通過分泌腫瘤源性因子（如腎上腺髓質(zhì)素、外泌體）誘導(dǎo)新發(fā)糖尿病，形成惡性循環(huán)。

糖尿病相關(guān)的代謝紊亂（高血糖、高乳酸等）在腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）中誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和免疫抑制。乳酸長期被視為代謝廢物，但近年研究發(fā)現(xiàn)其可作為信號分子調(diào)控免疫細(xì)胞功能。

神經(jīng)周圍浸潤（perineural invasion，PNI）是胰腺癌的一種重要特征，其發(fā)生率高，機制復(fù)雜。PNI作為一種特殊的胰腺癌轉(zhuǎn)移侵襲途徑，與胰腺癌不良預(yù)后和疼痛密切相關(guān)。施旺細(xì)胞（Schwann cells）是外周神經(jīng)系統(tǒng)的主要膠質(zhì)細(xì)胞，在腫瘤微環(huán)境中被重編程為腫瘤相關(guān)施旺細(xì)胞（Tumor-associated Schwann cells，TASc），促進癌細(xì)胞遷移和免疫逃逸。近期scRNA-seq研究揭示了施旺細(xì)胞的異質(zhì)性，但仍需更精細(xì)的方法以闡明其在腫瘤微環(huán)境中的功能。

糖尿病誘導(dǎo)的代謝應(yīng)激與施旺細(xì)胞重塑在糖尿病相關(guān)胰腺癌（diabetic pancreatic cancer, DPC）中的相互作用，及其如何促進腫瘤形成和進展。

為明確這些問題，研究人員進行了以下研究：
1 糖尿病促進胰腺癌進展
研究人員分析了50例合并2型糖尿�。═2DM）的胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）患者（簡稱DPC）和49例無糖尿病的PDAC患者（簡稱NDPC）。這些患者的空腹血糖水平（圖1A）表明，高血糖與較差的總生存期相關(guān)（圖1B），并且是獨立的預(yù)后因素（圖1C）。CT結(jié)果顯示DPC患者的腫瘤體積顯著大于NDPC患者（圖S1C、S1D）。

為探究其潛在機制，研究人員采用自發(fā)PDAC小鼠模型（Kras^G12D/+Trp53^R172H/+Pdx1-Cre，KPC），并通過高脂飲食聯(lián)合鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)2型糖尿病（DM-KPC）。結(jié)果顯示，DM-KPC小鼠在10、12和14周齡時PDAC進展更快，預(yù)后更差（圖1D-1M）。

為進一步確認(rèn)這些現(xiàn)象在糖尿病先于腫瘤負(fù)荷發(fā)生時是否依然成立。研究人員對原位注射了Pan02-Luc細(xì)胞（DM-Pan02）的C57BL/6糖尿病小鼠與非糖尿病對照組（NDM-Pan02）小鼠實驗。結(jié)果表明，與NDM-Pan02小鼠相比，DM-Pan02小鼠腫瘤細(xì)胞數(shù)量更多，增殖和干性標(biāo)志物水平更高，生存期更短（圖1N-1P）。

同時，研究人員對人類DPC和NDPC患者的癌組織進行了病理分析，結(jié)果顯示DPC患者的腫瘤負(fù)荷顯著更高（圖1Q-1S）。以上結(jié)果提示，糖尿病顯著加速胰腺癌的發(fā)生發(fā)展。
 

Fig1. 糖尿病促進胰腺癌進展

2 高乳酸水平加速糖尿病相關(guān)PDAC進展
為研究代謝應(yīng)激驅(qū)動腫瘤負(fù)荷差異的分子機制，研究人員對14周齡的糖尿病和對照組C57BL/6J小鼠，以及DM-KPC和NDM-KPC小鼠的外周血和胰腺組織進行了代謝組學(xué)質(zhì)譜分析（圖2A）。分析發(fā)現(xiàn)所有樣本均顯著富集在Warburg效應(yīng)和丙酮酸代謝通路（圖2B-2E）。DM-KPC組癌組織和外周血中L-乳酸水平顯著高于NDM-KPC（圖2F、2H）。此外，DM-C57BL/6小鼠的代謝組譜中也發(fā)現(xiàn)乳酸顯著上調(diào)（圖2G、2I）。

研究人員在人類患者中通過ELISA驗證了上述代謝組學(xué)結(jié)果。實驗數(shù)據(jù)顯示，糖尿病小鼠的外周血和胰腺組織中乳酸水平均顯著高于非糖尿病小鼠（圖2J-2P）；DPC患者組織中乳酸水平高于NDPC患者（圖2K、2L）。非腫瘤糖尿病患者的外周血乳酸水平較健康對照組更高（圖2J）。

為進一步研究乳酸對PDAC進展的影響，研究人員在胰腺特異性Ldha條件性敲除（Ldha-cKO）和Ldha敲除（Ldha-KO）小鼠中誘導(dǎo)糖尿病，并使用Pan02 sgLdha細(xì)胞建立原位腫瘤模型，同時使用腹腔注射的方式補充乳酸。結(jié)果顯示，WT和Ldha-cKO糖尿病小鼠均發(fā)展為胰腺腫瘤，而Ldha-KO糖尿病小鼠則完全無腫瘤發(fā)生（圖2Q-2U）。同時，外源補充乳酸完全恢復(fù)了Ldha-KO糖尿病小鼠的腫瘤生成能力。以上結(jié)果提示，乳酸是糖尿病微環(huán)境中推動腫瘤惡化的重要信號分子。
 

Fig2. DM介導(dǎo)的高乳酸促進PDAC進展

3 DPC組織中施旺細(xì)胞富集
研究人員對15周齡DM-KPC和NDM-KPC小鼠的胰腺組織進行了單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq），共鑒定出26個聚類，涵蓋12種主要細(xì)胞類型：導(dǎo)管細(xì)胞、CD4⁺ T細(xì)胞、CD8⁺ T細(xì)胞、B細(xì)胞、腺泡細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、常規(guī)樹突狀細(xì)胞（cDC）、巨噬細(xì)胞、漿細(xì)胞和施旺細(xì)胞（圖3A、3B）。

為精確定義施旺細(xì)胞，研究人員采用了已報道的腫瘤相關(guān)施旺細(xì)胞（TASc）標(biāo)記（Ngfr、Cdh19和Gpm6b）以及非腫瘤施旺細(xì)胞的其他標(biāo)記（Pcdh9、Prrx1和Lpar7）。施旺細(xì)胞聚類的功能富集分析確認(rèn)其參與突觸組裝、軸突存活和神經(jīng)發(fā)育。

同時，研究人員發(fā)現(xiàn)DM-KPC癌組織中導(dǎo)管細(xì)胞比例顯著升高（45.45% vs 2.94%），而大多數(shù)免疫細(xì)胞（包括CD4⁺ T細(xì)胞、CD8⁺ T細(xì)胞和B細(xì)胞）比例顯著降低（圖3B）。根據(jù)Ro/e評分，施旺細(xì)胞是DM-KPC組織中第二豐富的細(xì)胞類型（圖3C），與NDM-KPC相比，DM-KPC中施旺細(xì)胞比例顯著升高（圖3D）。鑒于TASc與PDAC不良預(yù)后的關(guān)聯(lián)，研究人員進一步研究了這群施旺細(xì)胞，并將其命名為糖尿病相關(guān)TASc（DM-TAS），其余為非糖尿病TASc（NDM-TAS）。研究人員比較了DPC和NDPC患者及KPC小鼠中TASc免疫組化標(biāo)記（S100B、GFAP和p75NTR）的水平，確認(rèn)DPC組織中TASc顯著富集（圖3E-3G）。以上結(jié)果提示，糖尿病腫瘤中高乳酸微環(huán)境與TASc之間存在潛在關(guān)聯(lián)。
 

Fig3. 單細(xì)胞施旺細(xì)胞圖譜及其在DPC和NDPC中的表征

4 DPC組織中TASc亞群的特征
研究人員進一步對DPC組織中的TASc進行了表征，鑒定出了3個不同的亞群：c1亞群：表達Cd276、Mettl16和Nectin2（c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺ TASc）、c2亞群：表達Dmd、Pak3和Pde10a（c2-Dmd⁺Pak3⁺Pde10a⁺ TASc）、c3亞群：表達 Vegfc、Cadps和Nebl（c3-Vegfc⁺Cadps⁺Nebl⁺ TASc）（圖3H、3I）。其中，c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺亞群在DM-TAS中的比例遠(yuǎn)高于NDM-TAS（65.87% vs 5.74%）。

進一步GO分析顯示，c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺施旺細(xì)胞在CD8⁺ T細(xì)胞抑制和免疫抑制因子相關(guān)通路中富集。在DPC和NDPC小鼠腫瘤組織以及人類腫瘤組織中，多重免疫組化（mIHC）證實METTL16、CD276和NECTIN2在TASc中存在強共定位（圖3J）。

為驗證乳酸是否通過c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺ TASc促進DPC進展，研究人員構(gòu)建了Gfap-Cre;DTR小鼠模型（該模型可實現(xiàn)TASc的特異性、可誘導(dǎo)性清除）。結(jié)果顯示，在TASc缺失情況下，乳酸無顯著促癌作用；低乳酸條件下，c1細(xì)胞未能顯著促進腫瘤；外源乳酸補充可激活c1細(xì)胞的促癌潛能（圖3L-3N）。以上結(jié)果提示，乳酸通過c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺ TASc介導(dǎo)其促癌作用。

5 METTL16在施旺細(xì)胞中通過K269位點乳酸化發(fā)揮作用
鑒于METTL16作為m6A甲基轉(zhuǎn)移酶的作用，研究人員推測m6A修飾可能介導(dǎo)TASc在高乳酸作用下向c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺表型轉(zhuǎn)變。

為驗證上述猜想，研究人員從DPC和NDPC患者中分離了原代TASc（圖4A），發(fā)現(xiàn)DM-TAS中m6A水平顯著高于NDM-TAS（圖4B）。在糖尿病和非糖尿病小鼠原位Pan02腫瘤模型中，外源補充乳酸可顯著提高TASc中m6A水平（圖4C-4G）。同時，抑制胰腺組織內(nèi)源性乳酸的合成并不影響外源乳酸增強TASc中m6A水平的能力（圖4H）。

生物素標(biāo)記的乳酸下拉實驗（Biotin-labeled lactate pull-down assays）和質(zhì)譜分析顯示，METTL16是DM-TAS中的乳酸結(jié)合蛋白（圖4I、4J），且在較高濃度的生物素-乳酸條件下結(jié)合增強（圖4K、4L）。體外結(jié)合實驗結(jié)果顯示METTL16的METTL10結(jié)構(gòu)域與乳酸結(jié)合（圖4M-4P）。研究人員通過分子對接技術(shù)預(yù)測出K269、N184、M167和D19為潛在乳酸化位點（圖4P），并證實外源性乳酸可顯著提升DM-TAS中METTL16蛋白的賴氨酸乳酸化（Kla）水平（圖4Q）。突變實驗表明，K269位點的乳酸化對于乳酸介導(dǎo)的m6A升高至關(guān)重要（圖4R、4S）。

為進一步探索乳酸轉(zhuǎn)運機制，研究人員構(gòu)建了施旺細(xì)胞特異性Slc16a1/Slc16a3雙條件性敲除（dcKO）Pan02糖尿病腫瘤模型【知識小課堂：SLC16A1（單羧酸運輸體1，monocarboxylic acid transporter1，MCT1）與SLC16A3（MCT4）等運輸體促進腫瘤細(xì)胞中乳酸運輸，在維持細(xì)胞內(nèi)能量和pH平衡中發(fā)揮重要作用】。結(jié)果顯示，這些小鼠體積減小，c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺ TASc減少，BODIPY-乳酸攝取受損，METTL16乳酸化水平降低（圖4T-4W）。

以上結(jié)果提示，外源乳酸通過MCT1/4進入TASc，與METTL16結(jié)合并誘導(dǎo)其K269位點乳酸化，從而提升m6A水平，驅(qū)動TASc重編程。
 

Fig4. 通過MCT1/MCT4外源性乳酸轉(zhuǎn)運可增強METTL16介導(dǎo)的c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺施旺細(xì)胞中m6A RNA甲基化

Fig5. 乳酸-METTL16軸通過穩(wěn)定CTCF驅(qū)動DM-TAS的自主增殖和效應(yīng)T細(xì)胞功能障礙

7 乳酸-METTL16軸削弱CD8⁺T細(xì)胞功能并降低腫瘤對PD-1免疫治療的響應(yīng)
為研究TASc對PD-1治療的影響，研究人員采用白喉毒素（DT）系統(tǒng)耗竭TASc。為排除DT本身對免疫的影響，研究人員在WT和Gfap-DTR小鼠中預(yù)先給予DT或PBS，再建立原位Pan02腫瘤模型（圖S6A）。結(jié)果顯示，DT單獨處理對腫瘤大小和CD8⁺T細(xì)胞功能無顯著影響；在DM-Gfap-DTR小鼠中，DT介導(dǎo)的TASc耗竭顯著抑制腫瘤進展并延長生存期（圖6A-6C）；增強了CTL浸潤，促進了細(xì)胞毒性分子（IFNγ和GZMB）表達，減少了CD8⁺T細(xì)胞耗竭標(biāo)志物（TIM3和PD-1）（圖6D-6I）。以上結(jié)果提示，DM-TAS通過削弱CD8+ T細(xì)胞功能，從而降低了PD-1療法的應(yīng)答效果。

CD276和NECTIN2的激活已被報道可抑制PD-1阻斷療效。研究人員推測DM-TASc中CD276/NECTIN2高表達導(dǎo)致PD-1耐藥。為驗證該假設(shè)，研究人員將Pan02細(xì)胞原位植入DM-Mettl16 cKO或DM-Mettl16^fl/fl小鼠中，并在抗PD-1治療過程中同步補充乳酸（圖6J）。結(jié)果顯示，Mettl16缺失使DPC對PD-1阻斷敏感，并抑制外源乳酸誘導(dǎo)的腫瘤進展（圖6K、6L），CD276和NECTIN2表達下調(diào)，且不依賴于PD-1（圖S7A），抗PD-1誘導(dǎo)的CD8⁺T細(xì)胞浸潤和細(xì)胞毒性增強，T細(xì)胞耗竭減少（圖6M-6R）。

為進一步驗證CD276和NECTIN2在PD-1耐藥中的作用，研究人員構(gòu)建了TASc特異性Cd276和Nectin2雙敲除（dKO）模型（圖S7C）。結(jié)果顯示，Cd276/Nectin2雙敲除CD8⁺T細(xì)胞浸潤增加、CTL功能增強、T細(xì)胞耗竭減少（圖S7D-S7F），即PD-1治療敏感性恢復(fù)。在Mettl16過表達的施旺細(xì)胞與Pan02共注射模型中，syrosingopine（MCT1/4抑制劑）可逆轉(zhuǎn)PD-1耐藥（圖S7G–S7J），與Slc16a1/Slc16a3 dcKO小鼠結(jié)果一致（圖4U）。以上結(jié)果提示，DM-TASc中乳酸-METTL16軸通過轉(zhuǎn)錄上調(diào)CD276和NECTIN2驅(qū)動PD-1免疫治療耐藥，靶向該軸可恢復(fù)治療療效。
 

Fig6. 抑制DM-TAS中的METTL16增強DPC對PD-1治療的敏感性

8 DM-TAS中的METTL16作為DPC的治療靶點
為評估METTL16在代謝應(yīng)激條件下作為胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）治療靶點的潛力。研究人員采用腺相關(guān)病毒（AAV）作為載體干擾TASc中的METTL16，利用Gfap啟動子特異性感染DM-C57BL/6小鼠的施旺細(xì)胞。結(jié)果顯示，與對照組相比，經(jīng)AAV9-Gfap-GFP-shRNA-Mettl16感染的DM-TAS細(xì)胞中METTL16基因的mRNA和蛋白水平均顯著降低。

隨后，研究人員將Pan02細(xì)胞或KPC細(xì)胞系注射到DM-C57BL/6小鼠的胰腺組織中，結(jié)果顯示AAV9-Gfap-GFP-shRNA-Mettl16與抗PD-1治療相結(jié)合，可有效抑制腫瘤生長，顯著延長小鼠壽命（圖7A-7C）。以上結(jié)果提示，抑制Mettl16與抗PD-1免疫治療在延緩DPC進展方面具有協(xié)同效應(yīng)。
 

Fig7. DM-TAS中的METTL16作為DPC的治療靶點

9 在DPC小鼠和DPC患者中，瑞舒伐他汀可抑制METTL16并增強對PD-1抗體治療的應(yīng)答
為尋找可快速用于臨床的METTL16抑制劑，研究人員利用深度學(xué)習(xí)模型及均相時間分辨熒光（HTRF）分析篩選了1947種FDA批準(zhǔn)藥物，最終確定他汀類降脂藥瑞舒伐他汀對METTL16抑制作用最強。為評估瑞舒伐他汀是否能增強抗PD-1療法在DPC小鼠中的療效，研究人員開展了瑞舒伐他汀單藥治療及與抗PD-1聯(lián)合用藥的實驗。結(jié)果顯示，單獨使用瑞舒伐他汀可顯著抑制腫瘤生長（圖7D-7F)，與抗PD-1聯(lián)合治療可進一步延緩DPC進展并改善預(yù)后，且未觀察到毒性反應(yīng)（圖7D-7F)。

研究人員通過對TASc缺失的Gfap-DTR糖尿病小鼠進行了瑞舒伐他汀聯(lián)合抗PD-1治療，進一步探究了這種敏化效應(yīng)是否依賴于TASc。結(jié)果顯示，TASc耗竭后，瑞舒伐他汀單藥仍有部分抑瘤作用，但不再增強PD-1療效（圖S7AA–S7AD），且聯(lián)合治療在NDM模型中未顯示療效（圖S7AE–S7AG），以上結(jié)果表明瑞舒伐他汀的增敏作用依賴于DM-TASc。

兩項回顧性臨床分析證實了瑞舒伐他汀的臨床獲益。隊列①：12名患有胰腺導(dǎo)管腺癌且有糖尿病史的患者，他們主要接受了以抗PD-1聯(lián)合吉西他濱為主的術(shù)前新輔助治療（圖7G）。其中6例合并高脂血癥，同時服用瑞舒伐他汀，結(jié)果顯示，瑞舒伐他汀組腫瘤組織中CD8⁺T細(xì)胞浸潤顯著增加，TASc中METTL16、CD276、NECTIN2表達降低（圖7H-7K）；6個月隨訪顯示瑞舒伐他汀組腫瘤負(fù)荷顯著降低（圖7L、7M）。隊列②：71例DPC術(shù)后患者接受抗PD-1聯(lián)合吉西他濱輔助治療，其中35例合并高脂血癥患者在輔助化療期間服用瑞舒伐他汀（圖7N），結(jié)果顯示，瑞舒伐他汀組4年生存率顯著提高，復(fù)發(fā)率降低（圖7O、7P）。
 

Fig8. METTL16阻斷增強DM-PDAC和DPC小鼠對免疫治療的反應(yīng)

本研究整合臨床樣本與多種小鼠模型，證實糖尿病相關(guān)胰腺癌（DPC）的代謝失衡以乳酸堆積為核心，且乳酸濃度越高，腫瘤進展越快、預(yù)后越差。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組進一步揭示，癌組織內(nèi)施旺細(xì)胞顯著擴增，其中c1-Mettl16⁺Cd276⁺Nectin2⁺ 亞群是驅(qū)動免疫抑制和疾病惡化的關(guān)鍵群體。借助腺相關(guān)病毒（AAV）介導(dǎo)的基因干預(yù)或瑞舒伐他汀藥理抑制 METTL16，均可顯著增敏PD-1免疫治療。綜上，該研究首次揭示了糖尿病相關(guān)胰腺癌中，乳酸通過重編程施旺細(xì)胞實現(xiàn)免疫逃逸的新機制，并提出了一個可快速轉(zhuǎn)化的治療思路——瑞舒伐他汀與PD-1免疫治療聯(lián)合使用。
 

Fig9. 研究模式圖

延伸閱讀 | 細(xì)胞條件性剔除專題
細(xì)胞條件性剔除：DTR小鼠助力細(xì)胞功能研究
無需DT！DTA小鼠精準(zhǔn)驅(qū)動細(xì)胞條件性剔除
關(guān)注南模生物SMOC訂閱號即時獲取最新內(nèi)容！

若您有相關(guān)需求，歡迎撥打400-728-0660熱線，或通過南模生物微信公眾號在線咨詢，或致信marketing@modelorg.com。我們的專業(yè)團隊將竭誠為您服務(wù)！

關(guān)于我們
上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，簡稱"南模生物"），成立于2000年9月，是一家上交所科創(chuàng)板上市高科技生物公司（股票代碼：688265），始終以編輯基因、解碼生命為己任，專注于模式生物領(lǐng)域，打造了以基因修飾動物模型研發(fā)為核心，涵蓋多物種模型構(gòu)建、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥物臨床前評價等多個技術(shù)平臺，致力于為全球高校、科研院所、制藥企業(yè)等客戶提供全方位、一體化的基因修飾動物模型產(chǎn)品解決方案。