肿瘤通过干扰CD8+ T细胞中丙酮酸的“左右分流”抑制其细胞毒性

撰文 | Qi

免疫检查点阻断（ICB）作用于抑制抗肿瘤免疫的途径，针对CTLA-4、PD-1和PD-L1的疗法已取得显著成功，但大多数转移性肿瘤患者对ICB仍然没有持久的反应。在过去的几年里，大量证据表明代谢重编程对于维持CD8+ T细胞增殖、生存和功能的重要性，在TCR刺激下，CD8+ T细胞上调糖酵解和线粒体代谢，而任何一种途径破坏都会导致T细胞激活失败【1, 2】。我们知道肿瘤微环境（TME）可以抑制T细胞代谢及其细胞毒性，但TME如何影响T细胞代谢和CD8+ T细胞功能尚不完全清楚。

近日，来自哈佛医学院的Marcia C. Haigis团队和Arlene H. Sharpe团队在Cell Metabolism杂志上合作发表了一篇题为Tumor cells dictate anti-tumor immune responses by altering pyruvate utilization and succinate signaling in CD8+ T cells的文章，他们在体外再现了TME系统，发现肿瘤来源的乳酸可以抑制CD8+ T细胞的细胞毒性，并揭示三羧酸循环中出乎意料的代谢分流。他们将丙酮酸脱氢酶（PDH）确定为一个潜在的药物靶点，使CD8+ T细胞保持细胞毒性，克服乳酸富集的TME。

为了确定伴随细胞毒性的CD8+T细胞中的代谢改变，作者将活化的OT-1 CD8+T细胞与或不与组成性表达OVA蛋白的B16黑色素瘤或MC38结肠腺癌细胞共培养（图1），共培养显著降低了CD8+ T细胞的溶细胞活性以及IFNγ和GzmB的产量。作者开发一种能快速从共培养物中分离出T细胞的方法以评估T细胞的代谢改变，观察到两种丙酮酸转化酶：丙酮酸羧化酶（PC）和PDH的差异活性，提示TME成分可能会导致T细胞的代谢重编程。

那么引起CD8+T细胞代谢改变的培养基中的成分是什么呢？通过直接比较共培养或对照培养基的代谢物组成，作者发现乳酸水平在前者中显著富集，且在携带B16-OVA肿瘤小鼠中分离出的肿瘤间质液中也存在一致变化。此外，在培养基中添加乳酸也足以削弱PC活性，提示肿瘤来源的乳酸可能是CD8+ T细胞代谢重编程的驱动因素。如果用shRNA敲低PC，也足以降低CD8+ T细胞杀伤力以及IFNγ和GzmB的产生。由于PC和PDH活性控制丙酮酸进入线粒体的分支节点（即PC将丙酮酸转化为草酰乙酸，而PDH将丙酮酸转化为乙酰辅酶A），作者想知道即使在乳酸存在的情况下，抑制PDH是否会增加丙酮酸对PC的利用，从而促进CD8+ T细胞的细胞毒性。为此，作者在有无PDH抑制剂CPI-613的条件下进行13C6 -葡萄糖示踪，并测量PC活性。在添加乳酸盐的培养基中，对PDH的抑制足以挽救PC活性和CD8+ T细胞的杀伤力。利用shRNA对PDH进行遗传抑制也得到了类似的结果。

出乎意料的是，作者发现在肿瘤细胞存在时琥珀酸会积极分泌，由于PC可以生成由琥珀酸衍生的所有TCA循环中间体，作者随即测定了CD8+ T细胞通过琥珀酸脱氢酶A （SDHA）的活性将琥珀酸转化为富马酸、苹果酸和草酰乙酸的能力。与预期一致，共培养的CD8+ T细胞的SDHA活性大幅下降。此外，作者还发现在乳酸存在的情况下，PDH抑制也能拯救琥珀酸的分泌率，提示细胞外琥珀酸作为一种代谢信号调节CD8+ T细胞活性。细胞外琥珀酸与细胞表面的琥珀酸受体SUCNR1结合，促进G蛋白偶联的信号级联，最终导致转录变化【3】，但SUCNR1和CD8+ T细胞毒性之间的联系之前并没有过报道。于是作者通过shRNA敲低SUCNR1，能显著降低CD8+ T细胞杀伤和IFNγ生成，此时如果再添加PDH抑制也无法挽救CD8+ T细胞杀伤力。

接下来，作者利用B16黑色素瘤小鼠模型以确认体内PDH抑制是否能增加TME内琥珀酸的分泌。抑制剂的使用一方面能增加TME中的琥珀酸，一方面还能增加CD8+ T细胞的浸润能力，进而显著降低了肿瘤生长。那么PDH抑制是否能与αPD-1联用呢？作者发现在B16或MC38小鼠模型中联用均能进一步降低肿瘤生长。

图1. CD8+ T细胞-肿瘤细胞代谢联系示意图。

这项研究证明需要PC活性来补充TCA循环中间体，以促进琥珀酸的分泌，从而激活SUCNR1，增加T细胞的细胞毒性，直接将T细胞的内部代谢程序与其细胞毒性功能相联系。然而，CD8+ T细胞的代谢适应性在TME中受到损害，肿瘤来源的乳酸改变了丙酮酸进入TCA循环的平衡，从PC活性转向PDH催化的反应，无法维持琥珀酸的分泌来激活SUCNR1，但仍需要进一步研究SUCNR1增加CD8+T细胞毒性的分子机制。总之，这项工作提出在模拟TME的条件下绘制T细胞代谢图谱可以提供有价值的见解，并确定在这种不利环境下改善T细胞功能的新目标，强调了代谢干预增强免疫治疗的潜力。

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.06.008

制版人：十一

参考文献

1. Johnson, M.O., Wolf, M.M., Madden, M.Z., Andrejeva, G., Sugiura, A., Contreras, D.C., Maseda, D., Liberti, M.V., Paz, K., Kishton, R.J., et al. (2018). Distinct regulation of Th17 and Th1 cell differentiation by glutaminase-dependent metabolism.Cell175, 1780–1795.e19.

2. Ron-Harel, N., Santos, D., Ghergurovich, J.M., Sage, P.T., Reddy, A., Lovitch, S.B., Dephoure, N., Satterstrom, F.K., Sheffer, M., Spinelli, J.B., et al. (2016). Mitochondrial biogenesis and proteome remodeling promote one-carbon metabolism for T cell activation.Cell Metab. 24, 104–117.

3. Gilissen, J., Jouret, F., Pirotte, B., and Hanson, J. (2016). Insight into SUCNR1 (GPR91) structure and function.Pharmacol. Ther.159, 56–65.

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