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PNAS文献解读：单细胞多组学揭示PD-1免疫治疗的耐药新机制

2026-08-20     来源:本站     点击次数:76

尽管免疫检查点抑制剂（ICIs）（抗PD-1免疫治疗等）改变了非小细胞肺癌（NSCLC）的临床治疗格局，但很多患者仍然会出现原发性或获得性耐药，限制其长期临床获益。

2026年8月10日，四川大学华西医院金朝辉、耶鲁大学Xing Feng、海军军医大学第一附属医院（上海长海医院）姚仕华团队合作，在《美国科学院院刊》(PNAS)发表题为“Single-cell multiomics identifies an ALDH9A1-carnitine signaling axis driving resistance of NSCLC to immunotherapy”的科研论文，研究通过整合ATAC-seq、ChIP-seq及单细胞多组学技术，揭示了ALDH9A1-肉碱信号轴促进NSCLC免疫治疗耐药的新机制，为逆转耐药提供了新的治疗靶点。
 


标题：Single-cell multiomics identifies an ALDH9A1-carnitine signaling axis driving resistance of NSCLC to immunotherapy（单细胞多组学鉴定出促进NSCLC对免疫治疗耐药性的ALDH9A1-肉碱信号轴）
发表时间：2026年8月10日
发表期刊：PNAS
影响因子：IF9.5/Q1
技术平台：单细胞转录组、表观组（ATAC-seq、ChIP-seq）、代谢组
作者单位：四川大学华西医院、耶鲁大学、海军军医大学第一附属医院（上海长海医院）、上海交通大学瑞金医院等

DOI:10.1073/pnas.2535328123

本研究通过整合NSCLC肿瘤的CODEX、代谢组学、CyTOF、ATAC-seq、ChIP-seq和单细胞转录组测序等多种前沿技术，揭示了肉碱生物合成中的关键代谢酶ALDH9A1在促进抗PD-1治疗耐药中未被识别的免疫逃逸调控作用。在免疫功能健全的小鼠模型中，ALDH9A1缺失显著抑制肿瘤生长，且伴随肿瘤免疫微环境中三级淋巴样结构成熟度增加和促肿瘤髓源抑制细胞(MDSCs)积累减少。

研究证实，ALDH9A1通过促进肉碱代谢，增加乙酰辅酶A水平，进而重塑染色质可及性，激活肿瘤细胞中的Il1b超级增强子，从而促进MDSC极化和CD8+ T细胞耗竭。在体内对ALDH9A1进行遗传或药理学抑制，或通过抗体介导的IL-1β中和，均能抑制肿瘤进展并恢复对抗PD-1治疗敏感性。IL-1β进一步激活NF-κB并上调ALDH9A1，形成一个正反馈ALDH9A1-IL-1β信号回路，最终导致免疫治疗失效。抑制ALDH9A1或其下游的IL-1β信号，能够重塑肿瘤微环境，增强免疫治疗效果。本研究揭示了一条新的NSCLC特异性免疫调控通路，并确定ALDH9A1是提高免疫治疗疗效的潜在靶点。

研究方法
单细胞RNA测序：24例对抗PD-1治疗差异应答的NSCLC患者肿瘤样本进行scRNA-seq，以鉴定与耐药相关的细胞类型和基因表达差异。

CODEX空间蛋白组学：20例NSCLC组织样本进行高维空间蛋白成像，在单细胞水平上分析ALDH9A1表达与免疫细胞（如CD8+ T细胞、MDSCs）空间分布的关系。

质谱流式细胞术（CyTOF）：对基因敲除小鼠的肿瘤浸润免疫细胞进行深度免疫分型，定量检测ALDH9A1缺失对免疫细胞亚群（MDSCs和T细胞）的影响。

ATAC-seq和ChIP-seq：分别用于检测ALDH9A1缺失对染色质可及性的整体作用和验证其对Il1b基因位点超级增强子区域H3K27ac修饰水平（活性）的调控作用。

功能实验：利用基因敲除小鼠模型、同系移植瘤模型、过继性T细胞转移、纳米颗粒介导的基因沉默等手段，在体内外验证ALDH9A1功能及其与IL-1β和抗PD-1治疗互作。

结果图形
（1）单细胞空间转录组学和脂质组学分析将ALDH9A1鉴定为与NSCLC抗PD-1抗体耐药相关的候选基因
 

图1：ALDH9A1被鉴定为与NSCLC抗PD-1抗体抗性相关候选基因

（2）CODEX实验进一步验证高ALDH9A1蛋白水平与NSCLC患者免疫逃逸之间的空间关系
 

图2：ALDH9A1表达与NSCLC肿瘤免疫微环境的空间重塑相关
 
（3）Aldh9a1缺失显著抑制免疫活性小鼠的肺癌进展并促进三级淋巴样结构成熟
 

图3：Aldh9a1缺失显著抑制免疫活性小鼠NSCLC进展并促进三级淋巴样结构成熟
 
（4）CyTOF和伪时间轨迹分析揭示ALDH9A1促进小鼠肺癌微环境中免疫抑制性MDSCs极化和CD8+ T细胞耗竭
 

图4：CyTOF和伪时间轨迹分析揭示ALDH9A1促进小鼠肺癌微环境中免疫抑制性MDSCs极化和CD8+ T细胞耗竭
 
（5）空间蛋白质组学图谱揭示DEAB诱导的NSCLC肿瘤免疫微环境重塑
 

图5：31色CODEX panel表征对照和DEAB处理非小细胞肺癌的空间蛋白质组学特征

（6）ALDH9A1诱导的顺式调控重塑染色质可及性并激活NSCLC中的Il1b超级增强子
为阐明ALDH9A1如何介导IL-1β，研究团队对野生型和Aldh9a1敲除的肺癌细胞进行了ATAC-seq和H3K27ac ChIP-seq分析。ATAC-seq结果显示，敲除ALDH9A1导致肿瘤细胞整体染色质可及性下降（尤其启动子区域），且与趋化因子和免疫信号通路相关的基因位点变化显著。进一步分析发现，在小鼠Il1b基因位点，敲除ALDH9A1显著降低多个远端调控区域的ATAC-seq信号。H3K27ac ChIP-seq分析证实，这些区域是Il1b的超级增强子。在敲除细胞中，Il1b超级增强子区域的H3K27ac信号（活性增强子标记）显著减弱。进一步代谢分析表明，ALDH9A1缺失导致乙酰辅酶A水平下降和组蛋白乙酰化水平降低。上述分析结果表明，ALDH9A1通过肉碱代谢增加乙酰辅酶A供应，从而增加组蛋白乙酰化，重塑染色质结构，最终激活Il1b超级增强子，促进IL-1β转录。
 


图6. ALDH9A1诱导的顺式调控重塑染色质可及性并激活NSCLC中Il1b的超级增强子（SE）

  1. Aldh9a1+/+和 Aldh9a1-/-肺癌的染色质可及性。
  2. (B)(A)中所评估的肺癌细胞基因组中ATAC-seq峰值的分布。
  3. Aldh9a1+/+和 Aldh9a1-/-肺癌细胞ATAC-seq中的交集基因维恩图。
  4. ATAC-seq的GO富集分析。
  5. ATAC-seq呈现的Aldh9a1+/+ 和 Aldh9a1-/-肺癌细胞中Il1b位点信号。
  6. ChIP-seq揭示Aldh9a1+/+ 和 Aldh9a1-/-肺癌中增强子H3K27ac信号平均分布。
  7. Aldh9a1+/+和Aldh9a1-/-肺癌内含子、外显子、基因间区和启动子区H3K27ac peaks分布。
  8. 拐点右侧展示超级增强子（SE）的H3K27ac信号分布。
  9. 基于H3K27ac ChIP-seq，Aldh9a1+/+ 和 Aldh9a1-/-肺癌细胞中的Il1b位点信号。
  10. 在Il1b基因体沿线的七个区域的H3K27ac ChIP-qPCR。
结论和启示
本研究通过ATAC-seq、ChIP-seq及单细胞多组学数据揭示了ALDH9A1-肉碱-IL-1β信号轴是NSCLC免疫逃逸的关键调控通路，其通过表观遗传机制激活IL-1β，进而介导MDSC介导的免疫抑制和CD8+ T细胞耗竭，最终导致抗PD-1治疗耐药。

研究结果提示ALDH9A1是一个极具前景的免疫治疗新靶点。靶向ALDH9A1（如使用DEAB）或阻断其下游IL-1β信号，可重塑肿瘤微环境，克服免疫治疗耐药。本研究为免疫治疗难治性NSCLC患者开发靶向ALDH9A1的干预措施提供了强有力的理论依据。

参考文献：
Du H, Lang T, Zha X, Qu C, Chen L, Yao S, Feng X, Jin Z. Single-cell multiomics identifies an ALDH9A1-carnitine signaling axis driving resistance of NSCLC to immunotherapy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2026 Aug 18;123(33):e2535328123. doi:10.1073/pnas.2535328123.
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