CELL DEATH DIS丨上海市东方医院/长征医院团队揭开PRMT3在肝癌中的作用
肝细胞癌（HCC）是最常见的肝癌类型，也是导致全球癌症相关死亡的第三大原因。不适合手术的晚期HCC患者通常选择化疗、放疗、靶向治疗和免疫治疗。其中，免疫检查点阻断疗法，特别是靶向PD-1及其配体PD-L1的疗法，为患者带来了新希望。然而，PD-L1常在肿瘤细胞上表达，并与浸润免疫细胞上的PD-1相互作用，促进肿瘤免疫逃逸，因此有必要深入了解调节PD-L1表达的分子机制。
与此同时，代谢功能障碍在肿瘤发生中发挥关键作用，并影响免疫治疗的效果。有氧糖酵解是大多数肿瘤细胞能量代谢的特征。这种代谢转变使肿瘤细胞能够利用葡萄糖快速增殖，并产生和释放大量乳酸。乳酸不仅会抑制免疫细胞的功能，还被发现与PD-L1表达存在关联。乳酸化（乳酸介导的蛋白质修饰），尤其是组蛋白乳酸化，近年来也引起了人们的关注，但组蛋白乳酸化在HCC肿瘤免疫中的作用尚未完全阐明。
近日，同济大学附属东方医院和上海长征医院的研究人员揭开了蛋白质精氨酸甲基转移酶3（PRMT3）在肝细胞癌中的作用。PRMT3通过激活PDHK1调控的糖酵解而促进乳酸积累，进而驱动PD-L1介导的免疫逃逸。这项研究成果于2025年3月发表在《Cell Death & Disease》杂志上，揭示了改善HCC免疫治疗效果的潜在靶点。
图片来源：《Cell Death & Disease》
（https://doi.org/10.1038/s41419-025-07482-7）
研究材料与方法
在这项研究中，研究人员构建了肝脏特异性Prmt3基因敲除小鼠（Prmt3LKO），并利用二乙基亚硝胺和四氯化碳（DEN-CCl4）诱导原发性肝细胞癌。他们还委托赛业生物构建敲除Prmt3的Hepa1-6细胞，并生成异种移植瘤模型。他们利用RNA测序分析了敲除Prmt3后的基因表达变化，并通过免疫沉淀实验探究了组蛋白修饰与基因表达之间的关系。
技术路线
01 构建肝脏特异性的Prmt3基因敲除小鼠，观察其对肿瘤负荷和免疫细胞浸润的影响
02 利用免疫沉淀和突变分析发现，PRMT3通过对PDHK1甲基化而促进乳酸积累
03 RNA-seq和ChIP等分析显示，PRMT3通过促进组蛋白乳酸化修饰增强PD-L1的表达，进而调控肿瘤微环境
04 利用小鼠皮下肿瘤模型评估PD-L1抗体治疗是否可阻断PRMT3的致癌作用
研究结果
1. PRMT3在HCC中发挥致癌作用
PRMT家族的成员通过介导底物蛋白上精氨酸残基的甲基化修饰，在多种细胞过程和疾病中发挥关键作用。之前的研究发现，PRMT3在人类HCC组织中上调并促进HCC细胞增殖。此次研究中，研究人员也观察到，PRMT3在HCC组织中的表达显著增加。PRMT3高表达与HCC患者的预后不良相关，而且PRMT3在Huh7细胞中的过表达会促进细胞增殖、迁移和侵袭。这些结果证明了PRMT3在HCC中的致癌作用。
为了评估PRMT3在肝癌发生中的具体作用，研究人员生成了肝脏特异性的Prmt3基因敲除小鼠（Prmt3LKO），并利用DEN-CCl4诱导肝细胞癌。至小鼠26周龄时，Prmt3基因敲除显著降低了肿瘤负荷，具体体现在肝重比、肿瘤数量和大小上（图1）。值得注意的是，与Prmt3f/f小鼠相比，Prmt3LKO小鼠肿瘤内的CD8+ T细胞浸润显著增加，且激活的CD8+ T细胞比例上升，耗竭的CD8+ T细胞比例下降。
之后，他们将敲除Prmt3的Hepa1-6细胞（Prmt3KO，由赛业生物提供）和对照细胞接种到免疫缺陷的裸鼠和免疫功能正常的C57BL/6小鼠中。与裸鼠相比，Prmt3KO HCC异种移植瘤在C57BL/6小鼠中的生长速度显著下降，且Prmt3敲除增强了C57BL/6小鼠肿瘤内的CD8+ T细胞浸润。这些结果表明，T细胞浸润促进了Prmt3敲除对肿瘤生长的抑制作用。
图1 Prmt3基因敲除抑制肿瘤进展[1]
2. PRMT3通过甲基化PDHK1促进乳酸积累
研究人员在进一步分析后发现，Prmt3基因敲除会导致小鼠肿瘤内的乳酸生成显著减少，而对甘油三酯、总胆固醇和甲硫氨酸水平无明显影响。免疫沉淀分析显示，PRMT3与PDHK1发生相互作用，而PDHK1（丙酮酸脱氢酶激酶1）是Huh7细胞中调节糖酵解的关键分子。
后续分析显示，PRMT3促进了PDHK1的不对称二甲基精氨酸（ADMA）修饰，修饰位点为第363和368位的精氨酸。与野生型PDHK1相比，R363/368 K突变体降低了底物的磷酸化（p-PDHA）水平，减少了乳酸的产生，并抑制了Huh7细胞的增殖。这些结果表明，PRMT3通过甲基化PDHK1促进乳酸积累。
为了评估PDHK1的甲基化活性如何参与PRMT3的致癌作用，研究人员分析了Huh7细胞中p-PDHA的水平。他们发现，PRMT3的上调会增加p-PDHA水平，而PRMT3的抑制或下调则会显著降低p-PDHA水平。在体外和体内实验中，PDHK1抑制剂JX06的处理都能够有效削弱PRMT3的促肿瘤作用。这些结果进一步证实了PRMT3/PDHK1轴的促肿瘤作用。
3. PRMT3通过组蛋白乳酸化修饰促进PD-L1的表达
为了进一步探究PRMT3对肿瘤进展的影响，研究人员对Prmt3LKO和Prmt3f/f小鼠的肿瘤组织开展了RNA-seq分析。基因集富集分析（GSEA）显示，在敲除Prmt3基因后，多个与肿瘤相关的免疫检查点分子下调。其中，Pdl1在这些检查点分子中表现出最显著的下调。在多个细胞系及异种移植瘤中，敲除Prmt3或抑制其活性会降低PD-L1的表达，而过表达PRMT3会促进PD-L1的表达。这些结果表明PRMT3通过调节PD-L1表达来调控肿瘤微环境。
那么，PRMT3诱导的糖酵解是否参与了其对PD-L1表达的促进作用？他们发现，JX06有效阻断了PRMT3对PD-L1表达的影响。同时，在不同剂量的乳酸刺激下，Huh-7细胞中的PD-L1 mRNA水平均有所升高，表明PRMT3对PD-L1的调节与乳酸水平变化一致（图2）。最近的研究表明，乳酸诱导的组蛋白H3乳酸化修饰（H3K18la）可作为转录激活标志物。
研究人员发现，乳酸刺激和PRMT3过表达都会提高Huh7细胞中的H3K18la水平。染色质免疫沉淀（ChIP）实验显示，乳酸处理后PD-L1启动子区域的H3K18la富集显著增加，且乳酸浓度越高，富集程度越高（图2）。PRMT3过表达进一步增强了启动子区域的H3K18la富集。这些结果表明，PRMT3通过促进组蛋白乳酸化修饰来增强PD-L1的表达。
图2 PRMT3通过组蛋白乳酸化修饰促进PD-L1的表达[1]
3. PD-L1抗体阻断了PRMT3的致癌作用
组织芯片（TMA）分析显示，HCC患者肿瘤组织中的PRMT3表达与PD-L1水平呈正相关，并与CD8+ T细胞浸润呈负相关。在小鼠皮下肿瘤模型中，PD-L1抗体治疗有效降低了肿瘤负荷，并恢复了CD8+ T细胞浸润（图3）。此外，在分析患者队列后，研究人员发现PD-1抗体治疗应答组中的PRMT3表达显著高于无应答组，这表明PRMT3有望成为预测PD-1/ PD-L1治疗效果的生物标志物。
图3 PD-L1抗体治疗阻断了PRMT3的致癌作用[1]
研究结论
这项研究表明，PRMT3通过激活PDHK1促进糖酵解，进而增加乳酸积累，并通过提高H3K18la水平促进PD-L1 的表达。研究提出了一条全新的代谢-表观遗传调控轴，该轴在PRMT3高表达的肿瘤中调控肿瘤免疫。研究人员认为，综合考虑PRMT3表达、肿瘤乳酸水平和PD-L1表达，有望为HCC患者制定个性化的治疗策略。
参考文献：
[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
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