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《Advanced science》是Wiley出版集团旗下的一本开放获取（Open Access）综合性学术期刊，于2014年创刊。在中科院最新升级版分区表中，大类学科为材料科学1区，小类学科中化学综合为1区、纳米科技为2区、材料科学综合为1区，属于TOP期刊。《Advanced science》是一本跨学科开放获取期刊，涵盖材料科学、物理和化学、医学和生命科学以及工程学等领域，主要发表这些领域的一流基础和应用研究成果。
出版周期：12 issues/year；
影响因子：14.1；
ISSN：2198-3844；
发文量：3290篇/年；
审稿速度：平均12周；
版面费：USD 5270.00；
一、研究背景与目标
HCC 是全球致死率最高的癌症之一，传统肝切除术后复发率高，而PD-1/PD-L1免疫治疗响应率仅 15-30%。其核心瓶颈在于肿瘤微环境（TME）的免疫抑制，尤其是TAMs的异常极化（向M2型转化）会抑制T细胞功能。本研究旨在探索TAMs中NUPR1的作用及机制。
二、关键技术总结
研究通过多种实验技术解析NUPR1在肝癌肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中的作用及机制，具体如下：
1、组学分析
单细胞RNA测序（scRNA-seq）：对人及小鼠肝癌组织的单细胞转录组数据（GSE149614、GSE232182等数据集）进行整合分析，鉴定NUPR1在TAMs中的特异性高表达，区分NUPR1高/低表达巨噬细胞亚群，并通过基因集富集分析（GSEA）揭示其功能差异（如免疫抑制通路富集）。利用UMAP可视化细胞聚类，结合Harmony算法校正批次效应，确保跨数据集分析的一致。
空间转录组（ST）分析：对肝癌组织空间转录组数据（GSE238264）进行分析，验证NUPR1与巨噬细胞标志物CD68 在肿瘤区域的共定位，明确其在肿瘤微环境中的空间分布特征。
bulk RNA-seq与多数据库整合：整合 TCGA、GEO、ICGC 等数据库的bulk RNA-seq数据，构建NUPR1⁺巨噬细胞特征基因集，关联其表达与患者预后及免疫治疗响应
2、巨噬细胞极化和共培养模型
通过肿瘤条件培养基（TCM）诱导THP-1细胞或骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）向TAMs极化，结合NUPR1抑制剂（TFP-2HCL、ZZW-115-2HCL）或shRNA敲低技术，研究NUPR1 对巨噬细胞表型的调控
建立巨噬细胞与CD8⁺T细胞共培养体系，通过流式细胞术检测T细胞功能标志物（IFN-γ、Gzmb、PD-1），评估NUPR1对T细胞耗竭的影响
3、基因与蛋白水平检测
定量实时PCR（qRT-PCR）：检测巨噬细胞中M1/M2 标志物（如iNOS、CD86、CD206、ARG1）及NUPR1、PD-L1等基因的表达水平，验证NUPR1对极化表型的调控。
Western blotting：分析 ERK、JNK等MAPK通路蛋白的磷酸化水平，以及组蛋白乳酸化（H3K18la）、NUPR1等蛋白表达，揭示分子调控机制。
染色质免疫沉淀（ChIP）：通过ChIP-qPCR验证乳酸诱导的H3K18la在NUPR1启动子区域的富集，证实组蛋白乳酸化对NUPR1转录的激活作用
4、动物模型与体内实验技术
皮下移植瘤模型：将Hepa1-6细胞接种于C57BL/6小鼠腋窝，评估NUPR1抑制剂对肿瘤生长、巨噬细胞极化及T细胞浸润的影响。
原位肝癌模型：通过hydrodynamic尾静脉注射携带c-Myc和Ctnnb-N90质粒的溶液诱导小鼠肝脏自发性肿瘤，模拟更接近临床的肿瘤微环境。
巨噬细胞转移实验：将经TFP-2HCL预处理的BMDMs瘤内注射，验证靶向巨噬细胞NUPR1对肿瘤生长的抑制作用。
免疫治疗联合实验：在小鼠模型中联合使用NUPR1抑制剂（TFP-2HCL或ZZW-115-2HCL）与PD-1单克隆抗体，通过肿瘤体积监测、流式细胞术及IHC染色，评估联合治疗对免疫微环境的改善效果。
5、病理与影像技术
多重免疫荧光（mIF）：检测肿瘤组织中NUPR1⁺CD68⁺巨噬细胞与CD8⁺T细胞的共定位及数量变化，关联免疫治疗响应。
免疫组化（IHC）：分析肿瘤组织中CD206、iNOS、CD8、PD-1等标志物的表达，评估巨噬细胞极化和T细胞浸润状态。
影像评估：通过磁共振成像（MRI）监测肝癌患者免疫治疗前后的肿瘤变化，关联NUPR1⁺巨噬细胞水平与治疗响应。
三、主要研究结果
1、NUPR1在HCC肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中高表达且参与HCC进展
通过多维度分析揭示NUPR1在肝癌（HCC）肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中的表达特征及临床意义。scRNA-seq数据显示，与正常肝组织相比，HCC肿瘤组织中巨噬细胞比例显著升高，T/NK细胞比例减少。差异基因分析发现NUPR1是肿瘤与正常组织巨噬细胞的核心差异基因，且在肿瘤巨噬细胞中高表达。跨物种验证显示，小鼠HCC模型中NUPR1同样主要在巨噬细胞中表达。空间转录组证实NUPR1与CD68在肿瘤区域共定位，且随巨噬细胞浸润肿瘤时间动态上调。临床数据表明，NUPR1⁺巨噬细胞特征基因在肿瘤组织中富集，其高表达与HCC患者更低的总生存率、更高的复发率显著相关，是术后预后的独立预测因子。且仅巨噬细胞中NUPR1表达与预后相关，整体NUPR1表达分层无显著差异，强调其细胞特异性作用。结果明确了NUPR1在HCC TAMs中特异性高表达的特征，并证实其作为不良预后标志物的临床价值。
图1、NUPR1在HCC TAMs中高表达
2、NUPR1对巨噬细胞表型及功能的调控作用
通过对NUPR1高/低表达巨噬细胞的分析，发现NUPR1高表达巨噬细胞富集免疫抑制通路，而低表达组富集免疫激活通路。表型上，NUPR1高表达巨噬细胞呈M2型特征（高表达ARG1、TREM2等），并高表达PD-L1、SIRPA等免疫检查点；低表达组则呈M1型特征（高表达 CD80、IL1B等）。NUPR1抑制剂TFP-2HCL处理后，THP1细胞和BMDMs的M1标志物（iNOS、CD86）表达升高，M2 标志物（CD206、ARG1）表达降低，巨噬细胞形态从M2 样纺锤形转向M1样圆形。临床样本mIF染色显示肿瘤组织中NUPR1⁺CD68⁺细胞更多，且其低表达患者预后更好，证实NUPR1在巨噬细胞极化及预后中的关键作用。
图2、NUPR1在巨噬细胞中维持免疫抑制表型
3、NUPR1通过抑制MAPK通路调控巨噬细胞表型转换的机制
基因集富集分析（GSEA）显示，NUPR1低表达巨噬细胞中MAPK信号通路显著富集，其通路评分显著高于NUPR1高表达组。UMAP可视化进一步证实，NUPR1高表达区域对应更低的MAPK通路活性，且NUPR1表达与MAPK通路评分呈显著负相关。KEGG分析显示，NUPR1抑制剂TFP-2HCL处理的THP1细胞中MAPK通路显著激活，ssGSEA验证其通路评分升高。Western blot结果表明，TFP-2HCL处理或NUPR1敲低后，THP1细胞和骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）中ERK和JNK磷酸化水平显著增加，但p38磷酸化无明显变化。功能实验显示，TFP-2HCL可诱导巨噬细胞从M2型向M1型极化，而ERK抑制剂（FR180204）或JNK抑制剂（JNK-IN-8）可逆转这一效应。研究结果证实NUPR1通过抑制ERK和JNK磷酸化抑制MAPK通路，进而维持巨噬细胞的免疫抑制表型，而靶向NUPR1可激活ERK/JNK通路，促进M1型极化。
图3、NUPR1通过ERK和JNK通路促进巨噬细胞表型转换
4、NUPR1⁺巨噬细胞对 CD8⁺T 细胞功能的影响及机制
scRNA-seq分析显示，NUPR1高/低表达组的T/NK细胞比例无显著差异，但基因表达特征不同：NUPR1高表达组中CD8⁺T细胞的细胞毒性基因低表达，耗竭基因高表达；低表达组则progenitor耗竭基因富集。signature评分显示，NUPR1高表达组CD8⁺T细胞耗竭评分升高，细胞毒性和progenitor耗竭评分降低。TCGA数据证实，NUPR1⁺巨噬细胞与耗竭CD8⁺T细胞呈强正相关。共培养实验中，TFP-2HCL处理的巨噬细胞可上调CD8⁺T细胞的IFN-γ、Gzmb表达，减少PD-1表达，逆转T细胞耗竭。而加入ERK抑制剂（FR180204）或JNK 抑制剂（JNK-IN-8）后，TFP-2HCL对CD8⁺T细胞的调控作用被消除。NUPR1⁺巨噬细胞通过抑制ERK/JNK通路促进CD8⁺T细胞耗竭，靶向NUPR1可通过激活该通路改善T细胞功能。
图4、巨噬细胞中的NUPR1通过ERK和JNK通路促进耗竭性CD8+ T细胞的耗竭
5、靶向NUPR1对肝癌（HCC）的治疗效果及与PD-1抑制剂的协同作用
在Hepa1-6皮下移植瘤模型中，NUPR1抑制剂TFP-2HCL处理显著缩小肿瘤体积、降低重量，肿瘤组织中M2标志物CD206减少，M1标志物iNOS增加，CD8⁺T细胞浸润增多且 PD-1表达降低。hydrodynamic尾静脉注射诱导的自发性原位肝癌模型中，TFP-2HCL同样显著减轻肝脏肿瘤负荷，IHC染色显示类似的免疫微环境改善。联合治疗实验中，TFP-2HCL 与抗PD-1抗体联用较单药更有效抑制肿瘤生长，促进巨噬细胞M1极化，增加IFN-γ⁺、Gzmb⁺CD8⁺T细胞，减少PD-1⁺CD8⁺T细胞。
低神经毒性的NUPR1抑制剂ZZW-115-2HCL单药或与PD-1抑制剂联用，在自发性模型中也显著增强抗肿瘤效率。巨噬细胞转移实验证实，TFP-2HCL预处理的巨噬细胞可抑制肿瘤生长。结果表明，靶向 NUPR1能重塑免疫微环境，与PD-1抑制剂协同增强HCC治疗效果。
图5、抑制NUPR1可增强抗PD-1治疗在HCC中的体内疗效
6、肿瘤来源乳酸通过组蛋白乳酸化上调巨噬细胞NUPR1的机制。
Western blot 显示，与肿瘤条件培养基（TCM）共培养后，THP1细胞和骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）中 NUPR1 表达显著升高，且乳酸处理可浓度依赖性增强NUPR1表达。GSE149614 数据集分析显示，NUPR1高表达巨噬细胞对应的肿瘤细胞 glycolysis评分更高，糖酵解相关基因表达上调。TCGA数据证实，NUPR1⁺巨噬细胞与乳酸转运体SLC16A3呈强正相关。机制上，TCM或乳酸处理可增加巨噬细胞中组蛋白H3K18乳酸化水平，同时抑制 ERK和JNK磷酸化。代谢干预实验显示，肿瘤细胞经糖酵解抑制剂（Oxamate、2-DG）处理后，其条件培养基诱导 NUPR1表达的能力减弱；而糖酵解促进剂Rotenone则增强该效应。ChIP-qPCR证实，TCM或乳酸可通过H3K18乳酸化富集NUPR1启动子区域，激活其转录。综上，肿瘤细胞分泌的乳酸通过组蛋白H3K18乳酸化上调巨噬细胞NUPR1表达，抑制ERK/JNK通路。
图6、肿瘤细胞通过H3K18赖氨酸促进巨噬细胞中NUPR1的表达。
7、NUPR1⁺巨噬细胞与免疫治疗耐药的关联
MRI影像显示HCC患者PD-1单抗治疗的响应差异。mIF染色及量化分析表明，非响应者（42 例）肿瘤中NUPR1⁺CD68⁺细胞数量显著高于响应者（33 例），且非响应者中CD68⁺CD206⁺NUPR1⁺（M2型）细胞比例更高。Kaplan-Meier曲线显示，高NUPR1⁺CD68⁺水平的HCC患者总生存期更短。跨癌种分析发现，NSCLC和黑色素瘤中NUPR1主要表达于巨噬细胞，非响应者中其表达显著升高。多数据集验证显示NUPR1⁺巨噬细胞高表达与耐药及不良预后相关，结果表明，乳酸通过H3K18乳酸化上调NUPR1并导致免疫抑制。
图7、NUPR1+巨噬细胞介导对免疫疗法的抗性
四、全文结论
本研究揭示，核蛋白 1（NUPR1）在肝细胞癌（HCC）肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中扮演关键角色。NUPR1在TAMs中高表达，与患者不良预后紧密相关，其可促进M2巨噬细胞极化，上调免疫检查点分子如PD-L1和SIRPA的表达，进而抑制CD8⁺T细胞功能，营造免疫抑制性肿瘤微环境，降低PD-1阻断治疗的响应率。机制上，肿瘤来源的乳酸诱导组蛋白 H3K18乳酸化，上调NUPR1转录，NUPR1则通过抑制 ERK 和JNK信号通路发挥免疫抑制作用。通过药理学手段抑制NUPR1，可有效逆转M2极化，增强CD8⁺T细胞功能。在临床前模型中，抑制NUPR1与PD-1单抗联合使用，显著抑制肿瘤生长。此外，NUPR1⁺TAMs可作为预测免疫治疗响应的生物标志物，为HCC免疫治疗耐药问题提供了新的解决思路，NUPR1有望成为提升HCC免疫治疗疗效的潜在靶点。
参考文献：
Cai J, Zhang P, Cai Y, Zhu G, Chen S, Song L, Du J, Wang B, Dai W, Zhou J, Fan J, Yu Y, Dai Z. Lactylation-Driven NUPR1 Promotes Immunosuppression of Tumor-Infiltrating Macrophages in Hepatocellular Carcinoma. Adv Sci (Weinh). 2025 May;12(20): e2413095. doi: 10.1002/advs.202413095. Epub 2025 Apr 30. PMID: 40305758; PMCID: PMC12120759.
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