新晉53分Nature神子刊用萬字重磅綜述介紹這個交叉熱點，快收藏
解螺旋公眾號·陪伴你科研的第2615天
腫瘤免疫最近的幾年是大家研究的熱點，也被視為治愈癌癥的希望。最近幾年隨著對代謝領域的深入研究，人們也發(fā)現(xiàn)代謝在免疫調節(jié)過程中起著非常重要的作用。Nature甚至專門辦了一個新子刊《Nature Metabolism》（2020 IF: 13.511 ）來接（zhuàn）收（qián）代謝領域的論文。2021年4月29日，美國匹茲堡大學免疫學系和Hillman癌癥中心腫瘤微環(huán)境中心的Greg M. Delgoffe教授在著名的《Nature Reviews Immunology》（2020 IF: 53.106）雜志上發(fā)表題為《Metabolic barriers to cancer immunotherapy》的綜述。在該文中，作者系統(tǒng)性地討論了在免疫檢查點阻斷、細胞療法和溶瘤病毒治療的背景下，抗腫瘤T細胞反應的代謝過程，并對新出現(xiàn)的組合策略進行了探討。為了幫助大家更好的吸收綜述的內容，榨干其每一滴精華，本工在閱讀綜述的時候，也給大家翻譯了遍，希望能給大家?guī)碛姓嬲齼r值的“學術營養(yǎng)”。腫瘤微環(huán)境的一些非冗余（non-redundant）特征可導致免疫抑制并限制抗腫瘤免疫反應。其中包括免疫浸潤的物理障礙、抑制性免疫細胞的招募以及腫瘤細胞上與免疫細胞上抑制性受體所結合的配體的上調。關于腫瘤微環(huán)境對抗腫瘤T細胞的代謝限制其重要性的最新研究，已為免疫治療的抗腫瘤策略提供了重要信息。針對代謝限制的治療方法，如低葡萄糖水平、低pH值、缺氧和抑制性代謝物的產(chǎn)生，已表現(xiàn)出可作為不同類型癌癥綜合治療方法的前景。在本綜述中，我們將討論在免疫檢查點阻斷、細胞療法和溶瘤病毒治療的背景下，抗腫瘤T細胞反應的代謝過程和內容，并對新出現(xiàn)的組合策略進行探討。自2011年FDA批準首個免疫檢查點抑制劑以來，癌癥免疫治療領域的熱度呈指數(shù)級增長：作為單藥或聯(lián)合治療，以CTLA4或PD1為靶點的單克隆抗體的檢查點阻斷療法，現(xiàn)在已被批準用于至少13種癌癥。FDA也首次批準了一種溶瘤病毒（OV）（T-VEC），而嵌合抗原受體（CAR）T細胞的過繼轉移療法已成為某些血液惡性腫瘤的標準治療方法。然而，許多癌癥患者對免疫療法依然沒有反應，就CAR T細胞而言，其在治療實體瘤方面的應用基本上是不成功的。盡管許多可溶性的、細胞的和細胞內的因素會引起對免疫療法的抵抗，但代謝通路在決定T細胞命運和抗腫瘤免疫功能方面的作用開始引起了人們的極大興趣。基于檢查點抑制、過繼細胞療法（ACT）和OVs的抗腫瘤免疫治療策略都需要持續(xù)的效應T細胞反應來誘發(fā)持久的臨床反應。這些T細胞，無論是內源性的還是過繼轉移的，都必須進入腫瘤微環(huán)境（TME）并在其中茁壯成長。腫瘤缺氧、低pH值、抑制性代謝物和低營養(yǎng)供應都會阻礙T細胞產(chǎn)生最佳效應功能。每一種免疫療法都會在不同的階段影響T細胞反應：阻斷CTLA4可解開對T細胞啟動和激活的限制；阻斷PD1可解開對TME中PD1低的祖T細胞群激活的限制；OV療法可誘導啟動和激活新的抗病毒和抗腫瘤反應。ACT則繞過了對激活和擴增的限制；然而，由于這些擴增條件，細胞可能會經(jīng)歷代謝壓力，并在進入腫瘤后經(jīng)歷代謝限制（圖1）。目前，在這些治療干預的背景下，效應T細胞在腫瘤中所經(jīng)歷的代謝限制并沒有得到解決。盡管許多患者可對這些療法產(chǎn)生反應，而不需要額外地靶向/解決代謝障礙，但結合目前的治療干預措施，解決TME中免疫反應的代謝限制和挑戰(zhàn)可能會提高治療的反應率。在本文中，我們討論了不同代謝通路在抗腫瘤免疫細胞功能中的作用，特別關注這三類已被批準的免疫療法：檢查點阻斷、過繼細胞療法和OVs。此外，我們還討論了可改善治療反應的靶向代謝障礙策略。癌癥的一個特點是持續(xù)增長和細胞增殖，同時可避免細胞死亡，這需要相當大的能量成本。雖然人們早就知道腫瘤細胞的固有代謝可以塑造TME，但直到最近，這種發(fā)生代謝改變的組織對非轉化細胞（如浸潤性免疫細胞）的影響還沒有得到重視。然而，營養(yǎng)物質、代謝物和免疫細胞之間的相互作用很可能在免疫編輯和腫瘤逃逸中發(fā)揮重要作用（圖2）。盡管存在足夠水平的氧氣進行氧化磷酸化（OXPHOS），腫瘤細胞仍利用糖酵解產(chǎn)生能量（ATP）的能力，從而有了更高效的ATP生成通路，這是由Otto Warburg在20世紀初發(fā)現(xiàn)的，并被稱為“Warburg效應”。利用葡萄糖進行糖酵解和細胞快速增殖使TME耗盡了浸潤免疫細胞（如效應T細胞）所需的營養(yǎng)，同時也使TME中積累了豐富的免疫抑制代謝物。然而，TME內的營養(yǎng)和氧氣供應并不均勻，由于不同的腫瘤細胞群對“燃料”的攝取不同，因此會出現(xiàn)營養(yǎng)耗竭和缺氧的情況。這種變化可能取決于腫瘤類型和腫瘤位置。處在營養(yǎng)受限的腫瘤部位可能會對T細胞形成代謝壓力，這可能會影響它們的分化和功能。然而胰腺導管腺癌的小鼠模型結果表明，與血漿相比，一些營養(yǎng)物質在TME內也可能過剩。腫瘤對葡萄糖的高利用率也生成了大量的副產(chǎn)品—乳酸，它降低了TME的pH值。這可能會抑制T細胞的細胞溶解活性（cytolytic activity）和細胞因子的產(chǎn)生。此外，不論其低pH值的特性如何，乳酸都是一種對免疫細胞群有不同影響的代謝物，并已被證明可將巨噬細胞極化為耐受性M2型，并改變調節(jié)性T細胞（Treg細胞）的代謝以維持其在低葡萄糖環(huán)境中的活性。進行快速增殖的腫瘤細胞也需要增加血流量以將營養(yǎng)物質和氧氣輸送到TME，并經(jīng)常釋放血管生成因子。這可能導致混亂的（disorganized）血管形成現(xiàn)象，并在腫瘤中形成極度缺氧區(qū)，從而限制了免疫細胞的浸潤，使得免疫抑制性代謝副產(chǎn)物進一步積累。有趣的是，這些代謝變化中有許多雖然并不利于效應性T細胞的功能，但卻能支持或者至少不會對抑制性免疫細胞（如Treg細胞或抑制性骨髓細胞）產(chǎn)生負面影響。代謝重編程在T細胞的分化和激活中起核心作用，因為從靜止到激活、增殖、分化和浸潤的這些轉換過程有著沉重的能量負擔。因此，在T細胞中代謝通路具有免疫調節(jié)的作用，這一點在文獻中也得到了回顧。代謝在調節(jié)表觀基因組方面的作用，以及對細胞命運的影響也在最近的其他綜述中得到了回顧。分化的T細胞的不同亞群利用不同的代謝程序。經(jīng)典的幼稚T細胞處于靜止狀態(tài)并可能終生存在，其代謝活動也最少。然而，新近激活的T細胞（效應T細胞）可迅速提高葡萄糖的攝取和相關的有氧糖酵解，使核苷酸的合成能夠滿足快速增殖并產(chǎn)生ATP，同時解除翻譯抑制以促進細胞因子的產(chǎn)生。它還會釋放三羧酸（TCA）循環(huán)的中間產(chǎn)物，以產(chǎn)生可參與細胞信號、生物合成反應（如產(chǎn)生氨基酸和表觀遺傳修飾）的代謝副產(chǎn)品。例如，在上調葡萄糖代謝的同時，T細胞也參與代謝程序，迅速吸收和代謝谷氨酰胺，谷氨酰胺以α-酮戊二酸的形式進入TCA循環(huán)。谷氨酰胺可以通過TCA循環(huán)支持OXPHOS，但α-酮戊二酸也可以直接與去甲基化酶機制發(fā)生相互作用，促進表觀遺傳學的調節(jié)。此外，靜止的和激活的T細胞都可吸收外源性脂質，并能氧化細胞內儲存的脂質。β-氧化在有氧氣的情況下是一種產(chǎn)生ATP非常有效的方法。因此，新激活的經(jīng)典T細胞可以通過多種營養(yǎng)物質來源為其增殖和分化提供燃料，以形成一個具有不同效應功能的克隆種群。然而，并不是所有的T細胞在激活后都會進行這些代謝轉換。Treg細胞的糖酵解率很低，主要是利用脂肪酸氧化進行代謝。目前還不清楚這是否是在沒有糖酵解的情況下產(chǎn)生能量的默認通路，或者這是否是Treg細胞的固有代謝通路。Treg細胞確實會上調脂肪酸轉運體的轉錄；然而，它們也可以吸收替代代謝物，如丁酸和乳酸。無論如何，這種能量生成通路可能使Treg細胞在TME內發(fā)揮最佳功能，而經(jīng)典的CD4+T細胞和CD8+T細胞的活動則受到影響。值得注意的是，對Treg細胞代謝的研究并不充分，特別是在特定組織和疾病狀態(tài)的背景下，T細胞代謝需求的許多方面尚未闡明。鑒于趨化性和運動性對細胞的能量需求很高，T細胞的代謝影響著它們在二級淋巴器官（SLO）和組織中的轉運（trafficking）。在新生的T細胞激活期間，PI3K-AKT-mTOR軸會降低SLO歸巢受體CD62L、CCR7和S1P1的表達，同時增加趨化因子受體CXCR3和CCR5的表達，以促使其從SLO轉出。相比之下，在激活的效應T細胞分化為長壽記憶細胞期間，低mTOR活性會引起CD62L和CCR7表達增加，增強轉運和監(jiān)視功能。在分化的步驟中，也有一個代謝轉變，即由IL-15所促進的線粒體氧化代謝增加，IL-15是支持記憶T細胞分化的重要細胞因子。事實上，在記憶性T細胞中，mTOR復合體對葡萄糖和氨基酸等營養(yǎng)物質和相對ATP水平的感應可刺激線粒體的生物生成（biogenesis）過程，這使得線粒體的呼吸能力增加，并允許在有壓力情況的下（如營養(yǎng)物質匱乏）有效利用代謝通路。大多數(shù)長壽細胞依靠線粒體代謝產(chǎn)生能量，因此通過發(fā)生在線粒體膜的OXPHOS來產(chǎn)生能量，以支持這些細胞能夠長期存活。總之，T細胞需要各種燃料來源來有效地激活、增殖、分化、歸巢到各組織部位、搜索抗原并發(fā)揮其效應功能。由于這些步驟中的每一個步驟所利用的代謝通路都是不同的，在不同的組織部位獲得不同的營養(yǎng)物質也可以改變T細胞分化和功能的途徑。這對抗腫瘤免疫至關重要，因為在抗腫瘤免疫中，T細胞的激活、組織歸巢、抗原識別和細胞毒性的“正?！币?guī)則被TME的抑制機制所歪曲。免疫檢查點分子一般是由T細胞等免疫細胞所表達的共抑制性受體，對預防自身免疫病和免疫病理學至關重要；然而，在腫瘤中，它們卻可以抑制抗腫瘤免疫反應。檢查點分子或其配體由TME中各種類型細胞所表達。在本文中，我們將重點討論臨床上最常靶向的檢查點分子：CTLA4和PD1。基于檢查點阻斷的免疫療法依賴于患者體內預先就存在的抗腫瘤反應，即能夠重新激活被抑制的（smouldering）浸潤性免疫細胞。然而，患者的腫瘤特異性T細胞數(shù)量可能很少，或者完全缺乏抗腫瘤反應。盡管在TME內可能有許多不同抑制免疫反應的機制在起作用，但低pH值和低氧、抑制性代謝物的存在以及葡萄糖和營養(yǎng)物質的供給減少都給T細胞帶來了代謝障礙。此外，T細胞激活時也會發(fā)生其固有的代謝障礙，這一障礙可由檢查點分子促使發(fā)生。例如，CTLA4和PD1信號可通過減少AKT的激活來干擾糖酵解，盡管是通過不同的機制實現(xiàn)的。PD1結合后可通過其細胞質尾部的抑制域來降低PI3K信號，而CTLA4的結合并不會干擾PI3K信號，而是可能通過蛋白磷酸酶2A（PP2A）來降低AKT活性。此外，PD1結合也可能誘導代謝轉向增加脂肪酸的氧化；然而，在CTLA4激活時，并沒有觀察到這種轉變。CTLA4在T細胞啟動（priming）期間與SLOs中T細胞的CD28結合，并可能會阻止激活其所誘導的糖酵解，從而抑制已激活的T細胞轉化為完全分化的效應細胞。相比之下，T細胞表達PD1升高的時期較晚，而且最突出的是持續(xù)激活；在腫瘤中，當T細胞遇到TME中表達PDL1的細胞時，PD1結合就會發(fā)生。因此，PD1結合可能會限制T細胞激活時增加糖酵解，從而限制T細胞在TME內的增殖和效應功能。由于CTLA4和PD1都阻礙了在激活期間T細胞發(fā)生糖酵解上調，用提高糖酵解的治療方法來增強CLTA4靶向和PD1靶向檢查點阻斷可能會增強患者的治療反應。線粒體對細胞功能來說至關重要，除了產(chǎn)生ATP，它們還產(chǎn)生脂質、蛋白質和核酸的關鍵前體，并幫助適應細胞外和細胞內的應激，如DNA損傷、營養(yǎng)和氧氣剝奪、內質網(wǎng)和氧化壓力。因此，線粒體功能的變化對細胞的生存和功能有著重要影響。例如，我們發(fā)現(xiàn)從小鼠B16黑色素瘤TME中分離出的T細胞表現(xiàn)為線粒體功能下降和超微結構不良（超微結構是電子傳遞鏈活動所必需的），以及線粒體數(shù)量（mass）降低。這些特征被發(fā)現(xiàn)是與線粒體生物生成有關的轉錄程序被抑制的結果，最明顯的是轉錄協(xié)同激活因子PGC1α。這些變化伴隨著衰竭表型的發(fā)展，因此，最終衰竭的T細胞具有最嚴重的線粒體缺陷。重要的是，這些線粒體缺陷在慢性病毒感染的衰竭T細胞中也能觀察到。用PD1阻斷治療并不能逆轉腫瘤浸潤性T細胞的線粒體缺陷。然而，在小鼠身上的實驗表明，通過遺傳或藥物手段增加T細胞的線粒體生物生成，不僅能恢復它們在腫瘤中的功能，而且還表現(xiàn)出可與PD1阻斷產(chǎn)生協(xié)同效應。與單獨的PDL1靶向治療相比，用PPARα激動劑苯扎貝特（bezafibrate）加強線粒體的生物生成和增加脂肪酸氧化，可減少CD8+T細胞對糖酵解的依賴，改善小鼠T細胞腫瘤浸潤。共刺激療法，例如通過使用共刺激分子4-1BB的激動性抗體，也可以促進人類和小鼠T細胞的線粒體生物生成，并在小鼠模型中與PD1靶向療法有協(xié)同作用。最近有研究表明，TME中T細胞的慢性抗原刺激可直接影響線粒體功能并導致衰竭表型的發(fā)生。慢性抗原刺激、缺氧條件和PD1信號都有助于線粒體活性氧的產(chǎn)生，并通過誘導表觀遺傳學方面的改變以進一步促進衰竭的T細胞表型。靶向這種氧化劑的不平衡可以與檢查點阻斷產(chǎn)生協(xié)同作用，提高抗腫瘤功能。這些數(shù)據(jù)表明，線粒體在抵消“衰竭”表型方面起著關鍵作用，因此，代謝較好、線粒體表型和競爭營養(yǎng)能力較強的T細胞更有可能對PD1阻斷產(chǎn)生反應。線粒體需要氧氣才能發(fā)揮最佳功能，而氧氣在TME中通常是有限的。腫瘤的缺氧情況可能因其來源組織和腫瘤內區(qū)域的不同而有所不同。腫瘤核心區(qū)的缺氧程度通常會更高，因為不規(guī)則的血管系統(tǒng)、從血管到腫瘤核心區(qū)的距離較遠，以及腫瘤本身有消耗氧氣的傾向等因素，都會導致氧氣灌注不足。小鼠其腫瘤的氧化代謝增加，會使得缺氧更嚴重，進而有更多終末衰竭的T細胞浸潤，并表現(xiàn)為免疫活性下降。這些腫瘤對PD1靶向治療沒有反應。這些發(fā)現(xiàn)也與患者的臨床數(shù)據(jù)存在相關性，在這些數(shù)據(jù)中，氧化代謝利用率較高的腫瘤患者更有可能對PD1阻斷劑沒有反應。由于氧氣是線粒體功能和免疫細胞，特別是T細胞的功能和分化所需能量和表觀遺傳學變化的關鍵決定因素，緩解缺氧可以促進抗腫瘤免疫，提高抗腫瘤免疫治療反應。例如，有研究表明，補充氧氣可以降低肺部腫瘤小鼠的免疫抑制性腺苷的水平，增加CD8+T細胞浸潤和炎性細胞因子的產(chǎn)生水平，并降低Treg細胞介導的免疫抑制，從而提高生存率。當用二甲雙胍（可作用于腫瘤細胞以降低其線粒體活性）治療腫瘤小鼠時，腫瘤缺氧程度降低，T細胞對抗PD1的治療反應也得到改善。使用低氧激活的原藥（prodrug）evofosfamide也能產(chǎn)生類似的結果，它能降低前列腺癌小鼠模型中的腫瘤缺氧水平，而抗VEGF抗體也能使CT26（一種結直腸癌小鼠模型）的血管正?；?/span>綜上所述，這些數(shù)據(jù)表明，氧氣水平不足要么會阻礙T細胞的成功激活，要么會促使T細胞衰竭，這都可能會促使產(chǎn)生對檢查點阻斷療法的抵抗。因此，確定腫瘤的代謝情況可能會幫助識別出能產(chǎn)生治療反應的患者，并為潛在的聯(lián)合療法提供支持。腫瘤細胞會在TME中與效應T細胞競爭葡萄糖。CD4+T細胞和CD8+T細胞的增殖和細胞因子的產(chǎn)生也需要糖酵解過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物。例如，2-磷酸烯醇丙酮酸（PEP）是糖酵解代謝上游的一個中間產(chǎn)物，其對于Ca2+信號和轉錄因子NFAT在T細胞受體刺激下的核轉位至關重要。同樣，糖酵解本身可以通過抑制糖酵解酶（如GAPDH和LDH）的RNA結合“兼職（moonlighting）”功能來控制T細胞的效應功能。這些代謝酶已被證明可在代謝性糖酵解期間與mRNA結合，阻止其的有效翻譯。因此，盡管TME中的葡萄糖水平低，從糖酵解到氧化代謝的轉變仍可能有助于維持效應功能。調控腫瘤內效應T細胞的這種代謝轉換已在臨床前研究中表現(xiàn)出了應用前景。由于腫瘤細胞具有較高的糖酵解率，所以它們也可能產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品—乳酸；事實上，在各種類型的癌癥患者中，血清的乳酸水平已被證明與較高的腫瘤負荷相關。乳酸通過降低增殖和細胞因子的產(chǎn)生而對CD4+T細胞和CD8+T細胞具有抑制作用。乳酸可以通過消耗細胞內的NAD+水平來抑制效應T細胞，因為LDH需要利用乳酸來生成NADH。有趣的是，這一現(xiàn)象并會不發(fā)生在抑制性Treg細胞中；通過線粒體代謝產(chǎn)生的NAD+仍能使Treg細胞在高乳酸鹽環(huán)境中繼續(xù)發(fā)揮作用，而傳統(tǒng)的T細胞在這種環(huán)境中則會受到抑制。最近的研究表明，敲除（deletion）Treg細胞上的乳酸鹽轉運體MCT1可以選擇性地抑制其在富乳酸鹽的TME中的免疫抑制功能。它還會降低CD4+T細胞和CD8 T+細胞的運動能力，這可能是因為降低它們在TME中的浸潤和在TME內的移動。用藥物性抑制劑阻斷乳酸轉運體MCT1和MCT4，可通過阻止乳酸釋放，降低腫瘤的酸化。在乳腺癌的小鼠模型中，與單獨使用檢查點阻斷劑相比，MCT1/MCT4阻斷劑與免疫檢查點阻斷劑聯(lián)合使用，其治療反應明顯。谷氨酰胺是細胞發(fā)揮功能所需的一種重要氨基酸，其在產(chǎn)生能量和作為代謝中間物方面具有同樣重要的作用。進入細胞后，谷氨酰胺被谷氨酰胺酶轉化為谷氨酸，谷氨酸進一步轉化為α-酮戊二酸，后者再進入TCA循環(huán)，產(chǎn)生可用于生成脂質、核酸和蛋白質的代謝中間體。許多癌細胞由于缺乏合成谷氨酰胺的酶，而依賴外源性谷氨酰胺。然而，這也取決于腫瘤類型和致癌驅動因素，事實上，一些腫瘤類型，如非小細胞肺癌，實際上表現(xiàn)出谷氨酰胺合成增加。谷氨酰胺的代謝可促進T細胞的激活和增殖，因此，由于腫瘤的高消耗，TME中若缺乏谷氨酰胺則可能會抑制T細胞的活性。研究表明，用谷氨酰胺拮抗劑6-重氮-5-氧代-L-亮氨酸的原藥（prodrug）治療MC38腫瘤小鼠（一種結腸癌小鼠模型），該藥可與一些谷氨酰胺利用酶的活性部位結合，降低腫瘤內的葡萄糖和谷氨酰胺代謝，增加TME內這兩種營養(yǎng)物質的可用性。聯(lián)合使用靶向PD1檢查點的阻斷劑誘導了治療的完全反應，以及在腫瘤復發(fā)時的記憶反應。這些反應是由于CD8+腫瘤浸潤性T細胞的代謝可塑性，與腫瘤細胞相反，它們可以增加乙酸鹽的代謝，從而促使發(fā)生OXPHOS和產(chǎn)生乙酰輔酶A。如上所述，這些氧化性更強的CD8+T細胞也更活躍，壽命也更長。然而，對于不利用外源性谷氨酰胺的腫瘤來說，這種綜合療法的效果可能會降低。蛋氨酸是一種對T細胞分化很重要的必需氨基酸。細胞內蛋氨酸水平的降低可導致表觀遺傳甲基供體'S-腺苷-L-蛋氨酸’水平降低。例如，有研究表明，在低蛋氨酸條件下培養(yǎng)的或從小鼠或人類腫瘤中分離出的CD8+T細胞其'S-腺苷-L-蛋氨酸’水平降低，以及組蛋白H3賴氨酸79（H3K79me2）的二甲基化程度也降低了，導致STAT5的表達減少。STAT5信號是T細胞對IL-7和IL-15產(chǎn)生反應的關鍵，IL-7和IL-15也是T細胞記憶發(fā)展的關鍵細胞因子。人類結直腸腫瘤細胞比T細胞有著更高的蛋氨酸轉運體SLC43A2的表達，這可能使它們更能在TME中與T細胞競爭蛋氨酸。在小鼠卵巢癌（ID8）和黑色素瘤（B16F10）模型中對這種轉運體進行藥物抑制會增加T細胞對蛋氨酸的可利用性，而且這種藥物與檢查點阻斷劑聯(lián)合使用也會改善對腫瘤的控制，增加T細胞細胞因子的產(chǎn)生。這些數(shù)據(jù)表明，代謝物可用性的改變可能導致在耗竭的腫瘤浸潤性T細胞中發(fā)生表觀遺傳學特征的改變。靶向T細胞中的甲基化與檢查點阻斷相結合，可能會增強T細胞的活性。細胞外精氨酸的缺乏也已被證明會降低T細胞的增殖。精氨酸酶1（ARG1）由TME中的髓源性抑制細胞表達，可消耗腫瘤內的精氨酸水平。當ARG1抑制劑與檢查點阻斷療法聯(lián)合使用時，研究人員觀察到了一些成功的結果。然而，由于低水平的精氨酸主要影響T細胞增殖，而T細胞增殖的主要部位是在引流淋巴結，鑒于還沒有測量到引流淋巴結中的精氨酸水平，目前尚不清楚靶向這一通路有多大的意義。用于ACT的治療性T細胞在含有過量營養(yǎng)物質的體外培養(yǎng)基中可發(fā)生激活和擴增，使這些細胞能擺脫在腫瘤部位的啟動、擴增和初始分化過程中可能存在的代謝障礙。一旦T細胞轉移，這些細胞必須進入腫瘤（這也是一個代謝繁重的過程），并在營養(yǎng)受限的TME中執(zhí)行效應功能。ACT提供了一個獨特的機會，能在轉移前的增殖擴張過程中消除這些代謝障礙。這一目標可通過在轉移前調節(jié)細胞以改善其代謝能力，或通過全身治療以支持轉移性T細胞的代謝來實現(xiàn)。被轉移的細胞的持久性及其分化成記憶細胞是ACT的關鍵要素。例如，研究已經(jīng)證明CAR T細胞的持久性與更好的腫瘤清除率和更高的生存率相關。從中央記憶T細胞中所提取用于過繼轉移的細胞，可以在體內產(chǎn)生更持久的記憶表型。大量的研究表明，T細胞向記憶細胞的分化很大程度上主要取決于特定代謝通路的活性情況（prevalence）。IL-15可促進線粒體的生物生成和肉堿棕櫚酰轉移酶1A（CPT1A）的表達，這是一種參與脂肪酸氧化的酶。在記憶T細胞中，CPT1A可支持細胞從糖酵解到氧化代謝的轉變。這種代謝轉變可以通過特定的培養(yǎng)條件或通過對ACT的T細胞進行體外遺傳操作來實現(xiàn)。使用糖酵解抑制劑2-脫氧-D-葡萄糖抑制糖酵解，并在減少線粒體活性氧產(chǎn)生的條件下培養(yǎng)細胞，都被證明可支持“干性”（自我更新能力），并提高用于ACT的T細胞的抗腫瘤活性。雖然臨床上所使用的靶向CD19的CAR T細胞產(chǎn)品是由效應T細胞產(chǎn)生的，并依靠糖酵解來產(chǎn)生能量，但由記憶T細胞產(chǎn)生的CAR T細胞主要利用OXPHOS。調整體外擴增條件，如采用IL-15與IL-7組合、IL-15與L-精氨酸組合的補充培養(yǎng)基以增強OXPHOS，可在擴增階段保留記憶表型。用雷帕霉素處理也被證明可以促進記憶T細胞的分化，部分性地是通過抑制mTOR，以及促進氧化代謝和提高線粒體的數(shù)量（mass）和功能。這似乎可以改善它們的持久性，以及它們被再次刺激后的增殖擴張和細胞因子的產(chǎn)生。這種記憶表型也可以通過設計具有增強型線粒體代謝的CAR T細胞來加強。這一目的也可以通過將嵌合受體的CD28衍生信號部分替換為包含有來自共刺激分子4-1BB信號結構域的構建體（construct）來實現(xiàn)，從而增加細胞線粒體的生物生成，并提高備用（spare）呼吸能力和脂肪酸氧化水平，與基于CD28的CAR T細胞相比，ACT后的T細胞其持久性也更好。然而，ACT產(chǎn)品的通常培養(yǎng)條件可能不支持發(fā)展出有效的長壽記憶T細胞。與人血漿相比，經(jīng)典的培養(yǎng)基是高血糖性的（25mM VS 4.5-5.5mM），同時氨基酸和代謝物的濃度也有許多差異。在用于ACT的細胞的體外培養(yǎng)過程中，用2-脫氧-D-葡萄糖阻斷糖酵解，會提高細胞注射轉移后的腫瘤清除率，證明在擴增過程中高葡萄糖濃度具有潛在的破壞性影響。此外，培養(yǎng)時間較短的CAR T細胞似乎比培養(yǎng)時間較長的細胞有更好的效果。這主要歸因于轉移時細胞的分化程度較低，但也可能是在高血糖條件下停留時間較短的結果。因此，通過設計CAR或在擴增過程中用代謝調節(jié)劑處理細胞，改變T細胞的代謝情況可能有助于穩(wěn)定類似記憶的表型，從而提高T細胞的持久性和有效性。重要的是，這些策略是在CAR T細胞應用于病人之前就采用的，因此相對容易實施。高糖酵解的腫瘤更有可能產(chǎn)生對ACT治療的抗性，因為這種環(huán)境條件會抑制T細胞的轉運（trafficking）和T細胞的細胞毒性，這也表明轉移到體內的細胞需要葡萄糖。細胞可以被改造以克服TME中葡萄糖的缺乏，提高其抗腫瘤活性。由于腫瘤中低水平的葡萄糖在刺激后會降低PEP水平和T細胞受體信號，通過增加PEP水平可以抵消這種情況并改善ACT。增強（Enforced）表達磷酸烯醇丙酮酸羧基酶1（PCK1），將草酰乙酸轉化為PEP，可增加細胞內PEP水平，以支持T細胞的生存，并能更好地控制腫瘤生長。通過在模擬TME的條件下培養(yǎng)CAR T細胞，可以使細胞“適應”低營養(yǎng)供應的環(huán)境。例如，有研究表明，與在傳統(tǒng)培養(yǎng)基中所培養(yǎng)的細胞相比，在谷氨酰胺水平較低的培養(yǎng)基中所擴增的T細胞在過繼轉移后產(chǎn)生了有效的抗腫瘤功能。這些低營養(yǎng)素條件培養(yǎng)出的細胞在過繼轉移后偏向于記憶樣的表型，并抑制性受體的表達也較少。正如在檢查點抑制的研究中所觀察到的那樣，降低T細胞對糖酵解的依賴能改善它們的抗腫瘤功能。然而，與檢查點抑制相比，ACT允許在細胞過繼轉移回患者體內之前進行干預，而在應用檢查點抑制療法的情況下，靶向T細胞代謝的干預措施則必須作為聯(lián)合療法來進行。如上所述，低氧水平是TME中的T細胞發(fā)揮功能的一個關鍵障礙。細胞對低氧的反應主要由轉錄因子低氧誘導因子1α（HIF1α）的激活所控制。其可誘發(fā)增殖、代謝和其他重要細胞機制的變化，以保護細胞免受損害和死亡。這在實體瘤中尤其重要，因為那里的氧氣水平可能低至0.3%。已獲臨床批準的靶向CD19的CAR T細胞被發(fā)現(xiàn)在缺氧條件下其效應功能下降，增殖率降低。開發(fā)基于CAR T細胞的實體瘤療法特別具有挑戰(zhàn)性，部分原因可能是由于它們在低氧環(huán)境下的表現(xiàn)不佳。在低氧水平的培養(yǎng)基中擴增治療性T細胞以適應低氧環(huán)境已被證明可以增加其轉移到體內后的抗腫瘤活性。在將治療性T細胞轉移到小鼠肺部（LLC）或黑色素瘤（B16F10）模型之前，先敲除（deletion）治療性T細胞中的HIF1α，會導致T細胞中在腫瘤中的浸潤減少，腫瘤負荷增加，這一結果表明適應低氧水平的能力對T細胞反應至關重要。研究已經(jīng)證明，使用效應T細胞進行ACT比使用幼稚或記憶T細胞更有效。然而，大量證據(jù)表明，與從效應細胞產(chǎn)生的CAR T細胞相比，從記憶T細胞產(chǎn)生的CAR T細胞在反應的持久性和耐用性（durability）方面都有很大的優(yōu)勢。與其從一個可能在缺氧環(huán)境里表現(xiàn)更好的細胞群中獲得用于ACT的細胞，不如將記憶T細胞的使用與缺氧緩解相結合，這可能是一個更好的策略。總之，這些數(shù)據(jù)表明T細胞適應缺氧的能力對發(fā)揮抗腫瘤活性有著重要作用。存在于TME中的某些代謝物可以對抗腫瘤免疫反應產(chǎn)生抑制作用。Treg細胞、B細胞、腫瘤相關巨噬細胞、腫瘤細胞和腫瘤血管的內皮細胞可表達能將ATP代謝成腺苷的胞外酶CD39和CD73。雖然ATP具有免疫刺激作用，但腺苷會抑制免疫細胞的效應功能。例如，有研究表明，拮抗小鼠體內的腺苷A2A受體可改善CD8+T細胞的效應功能。在乳腺癌小鼠模型中，將靶向腺苷A2A受體與CAR T細胞治療相結合，可以提高治療效果。此外，由于低pH值可導致TME中Ca2+、K+和Cl-發(fā)生離子不平衡，腫瘤對離子門控通道的高使用率以及壞死腫瘤所釋放的離子都會影響T細胞的功能。這是因為離子門控的Ca2+信號傳導對T細胞的生存和功能很重要。也有研究表明，在T細胞中過表達K+外流泵可以改善大量K+在細胞中的轉運情況，增加干擾素-γ的產(chǎn)生、腫瘤的清除和小鼠模型中T細胞過繼轉移后的生存。這表明，TME中離子的不平衡可能破壞T細胞的信號，并導致T細胞功能喪失。改造細胞以使其更好地在這種條件下發(fā)揮作用，可能會改善實體瘤的ACT療法效果。如上所述，低精氨酸水平也會影響T細胞的增殖。在患有急性骨髓性白血病的兒童患者中，發(fā)現(xiàn)其外周血中的精氨酸水平低于健康對照組；這可能會妨礙CAR T細胞過繼轉移后的增殖和維持。與不表達精氨酸合成酶的CAR T細胞相比，改造成表達精氨酸合成酶OTC和ASS的CAR T細胞可在精氨酸缺失的環(huán)境中表現(xiàn)出更好的增殖情況，并提高小鼠的存活率。OVs可以選擇性地感染和裂解腫瘤細胞。細胞死亡以免疫原性的方式發(fā)生，主要激活CD8+T細胞驅動的適應性免疫反應，能夠產(chǎn)生記憶反應。新產(chǎn)生的CD8+T細胞可以靶向原發(fā)感染的病灶和轉移部位。因此，與ACT類似，OVs對現(xiàn)有免疫浸潤細胞很少或沒有的患者來說是一種有吸引力的治療方式，因為它們可對腫瘤和腫瘤裂解過程中釋放的病毒抗原可以產(chǎn)生新的免疫反應。對于OV所引起的T細胞介導的抗病毒和抗腫瘤反應，新生的T細胞必須被適當?shù)丶せ?，也必須成熟后前往腫瘤中。然后，這些T細胞也會遇到與檢查點阻斷所激活的T細胞或ACT轉移的T細胞相同的代謝挑戰(zhàn)。OV領域的大量研究工作都集中在增強病毒復制和溶解細胞的能力上。最近，科學家們也在研究代謝調節(jié)劑增強OV復制和OV細胞裂解能力的潛力。然而，人們對OV療法的作用機制并不完全了解，目前還不清楚在多大程度上需要病毒的復制和裂解能力來發(fā)揮療效。腫瘤細胞的代謝偏向于OXPHOS時，可以使病毒更容易復制，腫瘤細胞也更容易被病毒所裂解。使用新城疫病毒（NDV）和二氯乙酸（DCA）（一種誘導代謝向OXPHOS轉變的丙酮酸脫氫酶激酶抑制劑）處理腫瘤小鼠后，可以增加NDV的復制。與單獨使用NDV治療相比，NDV和DVA聯(lián)合治療后，腫瘤細胞釋放的乳酸及其所吸收的葡萄糖減少，小鼠的存活率增加。雖然目前還沒有直接研究，但人們可能期望，在這項研究中，DCA處理后的動物腫瘤其乳酸釋放減少和葡萄糖吸收減少可能改善了細胞毒性T細胞的反應，此外還可能對OV也有影響。在臨床前模型中，用DCA和溶瘤重組病毒或溶瘤麻疹病毒處理腫瘤細胞后也提高了腫瘤細胞的裂解和改善了病人生存情況。當用糖酵解抑制劑2-脫氧-D-葡萄糖抑制糖酵解時，對溶瘤腺病毒的實驗也觀察到類似的結果。然而，這些研究并沒有研究腫瘤細胞中氧化代謝增加時對免疫反應的影響。氧化代謝增強的腫瘤往往更加缺氧，這可能就會抑制T細胞的反應。因此，識別具有氧化代謝特征的腫瘤作為OV治療的選擇標準可能是有用的，而不是將腫瘤代謝轉向OXPHOS作為治療策略的一部分。對其他代謝通路和轉運分子的調控可以發(fā)現(xiàn)病毒復制和腫瘤細胞死亡所需的未知代謝物。例如，疫苗病毒不需要葡萄糖和糖酵解，但需要谷氨酰胺和TCA循環(huán)才能充分復制。另一項研究發(fā)現(xiàn)，當與甲羥戊酸通路的抑制劑聯(lián)合使用時，對腫瘤病毒感染和裂解有抵抗力的腫瘤細胞會重新變得敏感。在一項改造水泡性口炎病毒復制的溶質轉運體的CRISPR篩選中，一個被敲除了鋅輸出體SLC30A1的腫瘤細胞系表現(xiàn)出病毒復制和腫瘤死亡減少。諸如此類的研究確定了病毒對復制和裂解的條件和要求，可能有助于識別出具有OV反應性的腫瘤患者。OVs，特別是DNA病毒，可以被改造成向腫瘤細胞傳遞編碼免疫或代謝調節(jié)因子的基因。例如，基于皰疹病毒的OV T-VEC已被批準用于治療黑色素瘤，它攜帶編碼免疫刺激細胞因子GM-CSF的基因，GM-CSF可增加樹突狀細胞的激活和抗原表達。還有人在努力改造OV，以編碼其他細胞因子或甚至靶向PD1的阻斷抗體。這種策略也可以擴展到代謝調節(jié)劑。通過工程化的疫苗病毒株來迫使腫瘤細胞產(chǎn)生免疫代謝的脂肪因子瘦素，我們證明其對重塑TME和改善抗腫瘤免疫的效果。用這種OV治療的動物腫瘤浸潤性T細胞表現(xiàn)出更高的干擾素-γ和TNF表達量，線粒體數(shù)量增加，呼吸能力和增殖能力增加，而且在小鼠黑色素瘤模型中，使用了編碼瘦素的OV后的小鼠比使用沒有瘦素的相同OV的小鼠有更長的生存期。重要的是，瘦素在TME中的分泌促進了記憶性前體T細胞的發(fā)展，這一特性為在腫瘤復發(fā)時帶來了生存優(yōu)勢。許多OVs，如疫苗病毒、NDV和水泡性口炎病毒，已被證明能誘發(fā)腫瘤中的血管萎縮（collapse）。這最初被認為是有益的，因為它將病毒保持在腫瘤內并促進了腫瘤細胞的死亡；然而，它也妨礙了免疫細胞的浸潤，并可能增加局部缺氧情況從而不利于免疫浸潤。用3TSR（一種與CD36結合并抑制血管生成的重組血栓軟骨素1蛋白，可促進血管正常化）對腫瘤小鼠進行預處理，然后再用NDV，與只用3TSR或NDV的單一療法相比，前者降低了組織缺氧，提高了腫瘤的消退率，也增加了CD8+T細胞的浸潤。這表明在用OVs治療期間，氧的灌注對腫瘤控制和免疫細胞浸潤的重要性。對代謝、OVs和免疫反應的研究是一個不斷發(fā)展的領域。從這些研究中所獲得的見解將有助于識別出更有可能對OV療法產(chǎn)生反應的患者。目前正在研究OV T-VEC與靶向PD1檢查點阻斷的聯(lián)合療法。OVs也正在臨床前的模型中與CAR T細胞聯(lián)合使用，以期改善實體瘤的治療反應。該病毒可以被進一步改造以能腫瘤中產(chǎn)生細胞因子，如RANTES和IL-15，或TNF和IL-2，從而改善CAR T細胞的轉運并提高其持久性。近年來，人們對 "免疫代謝 "領域的興趣大大增加，不僅揭示了從代謝角度對免疫調節(jié)的很多見解，而且還揭示了其重要的潛在治療應用。癌細胞高度依賴于能夠促進其快速增殖的代謝通路，所以這種干預是一個很有吸引力的方向。首先，隨著這些治療方法在臨床上的應用，重要的是要了解患者群體的異質性。就其對糖酵解的依賴而言，不同類型的腫瘤之間、同一類型的腫瘤患者之間、同一患者的不同腫瘤之間，甚至同一腫瘤的不同區(qū)域之間都存在差異。如何整合這些信息并用于設計免疫治療策略，以利用患者的腫瘤特殊代謝，是一個重要的研究方向。利用通量分析（flux analysis），我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，腫瘤氧化代謝增強的患者不太可能對PD1阻斷產(chǎn)生反應；然而，這種腫瘤似乎對溶瘤病毒療法更敏感。同樣，高比率的腫瘤細胞糖酵解已被證明會對過繼細胞療法構成障礙。代謝成像（PET掃描）、缺氧染色和活檢樣本的分析都可能有助于臨床醫(yī)生用來確定病人的最佳綜合治療策略。其次，腫瘤細胞代謝的異質性也必須在患者自身系統(tǒng)代謝的大背景下加以理解。肥胖在發(fā)達國家是一個日益嚴重的問題，飲食驅動和體重驅動的系統(tǒng)性代謝變化可能會影響癌細胞的啟動性致癌轉化及其進展，以及對抗腫瘤免疫反應的影響。事實上，盡管肥胖和代謝綜合征是大多數(shù)癌癥類型的風險因素，但令人驚訝的是，人們發(fā)現(xiàn)肥胖的病人可能更容易對免疫療法產(chǎn)生反應。此外，由于肥胖推動了瘦素、脂肪素和胃泌素等激素水平的變化，而這些激素都具有免疫調節(jié)功能，因此確定這些代謝、激素和免疫功能如何相互作用也是至關重要的，首先從經(jīng)適當設計的小鼠模型開始，然后擴展到病人群體。第三，一些關鍵的代謝物不是來自病人自己的細胞，而是來自病人的微生物群，因此每個人擁有不同的微生物群，它們可能都會生成獨特的代謝物。微生物的代謝產(chǎn)物對免疫系統(tǒng)的免疫調節(jié)作用才剛剛開始得到重視：例如，短鏈脂肪酸，如丁酸，可以調節(jié)Treg細胞的功能。然而，多樣化的微生物群體如何最終塑造病人的免疫反應仍不清楚。由于肥胖和飲食也被發(fā)現(xiàn)會影響微生物群，而且飲食的改變可以在短短5天內就迅速改變微生物群及其短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，因此飲食或微生物群的改變可能有利于聯(lián)合治療。最后，隨著更多不同類型的免疫療法開始進入臨床，繼續(xù)評估它們的機制基礎以確定它們是如何調節(jié)免疫代謝的，這一點也至關重要。檢查點分子LAG3、TIM3和TIGIT以及腺苷代表了新一波的免疫調節(jié)靶標，而靶向這些分子的免疫代謝效應才剛開始顯現(xiàn)出來。更全面地了解這些療法對免疫代謝的影響，可以使醫(yī)生在了解病人自身的TME后，設計出組合策略，使免疫療法的代謝障礙得以克服。直播主題：新影響因子發(fā)布，有哪些值得關注的地方？ 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