乳酸代謝通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境為新型免疫療法提供思路
調(diào)節(jié)性T（Treg）細(xì)胞在維持免疫穩(wěn)態(tài)方面起著至關(guān)重要的作用，能夠控制免疫系統(tǒng)的過(guò)度激活和異常激活。在腫瘤微環(huán)境（TME）中，Treg細(xì)胞抑制效應(yīng)T細(xì)胞（包括CD8+ T細(xì)胞），而后者正是殺死癌細(xì)胞的主力軍。因此，腫瘤微環(huán)境中CD8+ T細(xì)胞與Treg細(xì)胞之間的平衡對(duì)于各種癌癥的預(yù)后很重要。
免疫檢查點(diǎn)阻斷療法為癌癥患者帶來(lái)了新希望，但超過(guò)一半的患者在接受該療法后不產(chǎn)生應(yīng)答，因此有必要定義生物標(biāo)志物來(lái)選擇應(yīng)答者，并開發(fā)更有效的癌癥免疫療法。最近的研究發(fā)現(xiàn)，效應(yīng)T細(xì)胞與效應(yīng)Treg細(xì)胞（eTreg，活化的Treg細(xì)胞）之間的PD-1表達(dá)平衡有望作為PD-1阻斷療法的預(yù)測(cè)性標(biāo)志物。
鑒于效應(yīng)T細(xì)胞和Treg細(xì)胞有著不同的代謝特征，2022年1月，日本國(guó)立癌癥中心的研究人員在 Cancer Cell 上發(fā)表了題為“Lactic acid promotes PD-1 expression in regulatory T cells in highly glycolytic tumor microenvironments”的文章，從代謝角度來(lái)討論TME中表達(dá)PD-1的效應(yīng)T細(xì)胞與Treg細(xì)胞之間的平衡是如何形成的。他們認(rèn)為，乳酸可作為Treg細(xì)胞的代謝檢查點(diǎn)，并控制TME中的免疫應(yīng)答。
⭐ 材料與方法
在這項(xiàng)研究中，研究人員采集了晚期胃癌、非小細(xì)胞肺癌和惡性黑色素瘤患者的腫瘤樣本和腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞（TIL）。體外實(shí)驗(yàn)在小鼠和人類的一些細(xì)胞系上開展，包括小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞系和人T細(xì)胞白血病細(xì)胞系Jurkat E6.1等。同時(shí)，他們還在動(dòng)物模型上開展體內(nèi)研究，Slc16a1基因完全性敲除和條件性敲除小鼠均由賽業(yè)生物提供。
他們主要采用了RNA測(cè)序（RNA-seq）和全外顯子組測(cè)序及突變分析，并對(duì)ChIP-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析。同時(shí)，他們還開展了細(xì)胞凋亡和增殖分析，以及免疫組化（IHC）分析。LC-MS、Western blotting和RT-PCR等分析也有開展。
⭐ 研究結(jié)果
✔ 乳酸增強(qiáng)eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)
首先，研究團(tuán)隊(duì)研究了哪些因素會(huì)影響TME中Treg細(xì)胞的PD-1表達(dá)。腫瘤主要利用葡萄糖來(lái)促進(jìn)糖酵解以維持生存。低葡萄糖和高乳酸的環(huán)境并不適合效應(yīng)T細(xì)胞，但Treg細(xì)胞卻大量浸潤(rùn)并表現(xiàn)出免疫抑制功能。通過(guò)對(duì)胃癌和非小細(xì)胞肺癌樣本的分析，他們發(fā)現(xiàn)，eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)在高度糖酵解的腫瘤中上調(diào)，而腫瘤浸潤(rùn)C(jī)D8+ T細(xì)胞與Treg細(xì)胞的比例以及CD8+ T細(xì)胞的PD-1表達(dá)顯著下調(diào)。
接著，他們探索了eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)比CD8+ T細(xì)胞更高的機(jī)制�？紤]到乳酸是腫瘤糖酵解的最終產(chǎn)物，而編碼乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白MCT1的Slc16a1基因在PD-1+ eTreg細(xì)胞中高表達(dá)（圖1），他們將注意力放在MCT1上。在分析ChIP-seq數(shù)據(jù)后，他們發(fā)現(xiàn)FOXP3能夠促進(jìn)eTreg細(xì)胞中MCT1及其互作蛋白CD147的表達(dá)。
那么，乳酸與eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)有何關(guān)聯(lián)？他們發(fā)現(xiàn)，eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)隨著乳酸濃度的增加而顯著升高，但CD8+ T細(xì)胞的PD-1表達(dá)則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。同時(shí)，乳酸能夠促進(jìn)eTreg細(xì)胞的增殖并抑制其凋亡。這些結(jié)果表明，在低葡萄糖和高乳酸環(huán)境下，eTreg細(xì)胞通過(guò)MCT1來(lái)吸收乳酸，從而上調(diào)PD-1的表達(dá)。
✔ PD-1阻斷增強(qiáng)eTreg細(xì)胞免疫抑制活性
后續(xù)的分析表明，PD-1阻斷能夠增強(qiáng)eTreg細(xì)胞在這種環(huán)境下的活性，從而對(duì)CD8+ T細(xì)胞的效應(yīng)功能產(chǎn)生更強(qiáng)的抑制作用。這也意味著，高乳酸誘導(dǎo)的PD-1high eTreg細(xì)胞與PD-1阻斷治療失敗之間存在直接關(guān)聯(lián)。再結(jié)合動(dòng)物模型的分析，他們發(fā)現(xiàn)MYC表達(dá)通過(guò)控制糖酵解活性和創(chuàng)造高乳酸的腫瘤微環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)T細(xì)胞群的PD-1表達(dá)平衡。
✔ 乳酸增強(qiáng)eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)
研究人員之后開展體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)肝內(nèi)腫瘤的確會(huì)增強(qiáng)糖酵解，并促進(jìn)腫瘤微環(huán)境中Treg細(xì)胞的PD-1表達(dá)，且CD8+ T細(xì)胞的數(shù)量和PD-1表達(dá)顯著降低。PD-1抗體療法對(duì)肝內(nèi)腫瘤沒(méi)有表現(xiàn)出抗腫瘤作用，而是激活腫瘤內(nèi)的Treg細(xì)胞�？傊�，腫瘤微環(huán)境中的大量乳酸誘導(dǎo)Treg細(xì)胞表達(dá)PD-1，導(dǎo)致對(duì)PD-1抗體療法產(chǎn)生抗性。抑制Treg細(xì)胞的乳酸代謝能夠克服過(guò)表達(dá)Myc的腫瘤對(duì)PD-1阻斷療法的抗性。
最后，他們?cè)诙鄠�(gè)癌癥患者隊(duì)列中檢測(cè)了LDHA和MYC表達(dá)對(duì)PD-1阻斷療法的效果有何影響，包括胃癌、非小細(xì)胞肺癌和惡性黑色素瘤患者。他們發(fā)現(xiàn)，LDHA或MYC高表達(dá)的患者表現(xiàn)出無(wú)進(jìn)展生存期較短。通過(guò)糖酵解及乳酸代謝基因的表達(dá)可以預(yù)測(cè)PD-1阻斷療法對(duì)癌癥患者的有效性。
⭐ 總結(jié)
總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究表明，高度糖酵解的腫瘤會(huì)消耗葡萄糖并釋放過(guò)量的乳酸，從而增強(qiáng)Treg細(xì)胞的PD-1表達(dá)和抑制活性，這在一定程度上導(dǎo)致PD-1阻斷療法效果不佳。研究人員認(rèn)為，乳酸是Treg細(xì)胞特有的代謝檢查點(diǎn)，這為新型免疫療法的開發(fā)提供了新思路。
免疫檢查點(diǎn)阻斷療法為癌癥患者帶來(lái)了新希望，但超過(guò)一半的患者在接受該療法后不產(chǎn)生應(yīng)答，因此有必要定義生物標(biāo)志物來(lái)選擇應(yīng)答者，并開發(fā)更有效的癌癥免疫療法。最近的研究發(fā)現(xiàn)，效應(yīng)T細(xì)胞與效應(yīng)Treg細(xì)胞（eTreg，活化的Treg細(xì)胞）之間的PD-1表達(dá)平衡有望作為PD-1阻斷療法的預(yù)測(cè)性標(biāo)志物。
鑒于效應(yīng)T細(xì)胞和Treg細(xì)胞有著不同的代謝特征，2022年1月，日本國(guó)立癌癥中心的研究人員在 Cancer Cell 上發(fā)表了題為“Lactic acid promotes PD-1 expression in regulatory T cells in highly glycolytic tumor microenvironments”的文章，從代謝角度來(lái)討論TME中表達(dá)PD-1的效應(yīng)T細(xì)胞與Treg細(xì)胞之間的平衡是如何形成的。他們認(rèn)為，乳酸可作為Treg細(xì)胞的代謝檢查點(diǎn)，并控制TME中的免疫應(yīng)答。
⭐ 材料與方法
在這項(xiàng)研究中，研究人員采集了晚期胃癌、非小細(xì)胞肺癌和惡性黑色素瘤患者的腫瘤樣本和腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞（TIL）。體外實(shí)驗(yàn)在小鼠和人類的一些細(xì)胞系上開展，包括小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞系和人T細(xì)胞白血病細(xì)胞系Jurkat E6.1等。同時(shí)，他們還在動(dòng)物模型上開展體內(nèi)研究，Slc16a1基因完全性敲除和條件性敲除小鼠均由賽業(yè)生物提供。
他們主要采用了RNA測(cè)序（RNA-seq）和全外顯子組測(cè)序及突變分析，并對(duì)ChIP-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析。同時(shí)，他們還開展了細(xì)胞凋亡和增殖分析，以及免疫組化（IHC）分析。LC-MS、Western blotting和RT-PCR等分析也有開展。
⭐ 研究結(jié)果
✔ 乳酸增強(qiáng)eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)
首先，研究團(tuán)隊(duì)研究了哪些因素會(huì)影響TME中Treg細(xì)胞的PD-1表達(dá)。腫瘤主要利用葡萄糖來(lái)促進(jìn)糖酵解以維持生存。低葡萄糖和高乳酸的環(huán)境并不適合效應(yīng)T細(xì)胞，但Treg細(xì)胞卻大量浸潤(rùn)并表現(xiàn)出免疫抑制功能。通過(guò)對(duì)胃癌和非小細(xì)胞肺癌樣本的分析，他們發(fā)現(xiàn)，eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)在高度糖酵解的腫瘤中上調(diào)，而腫瘤浸潤(rùn)C(jī)D8+ T細(xì)胞與Treg細(xì)胞的比例以及CD8+ T細(xì)胞的PD-1表達(dá)顯著下調(diào)。
接著，他們探索了eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)比CD8+ T細(xì)胞更高的機(jī)制�？紤]到乳酸是腫瘤糖酵解的最終產(chǎn)物，而編碼乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白MCT1的Slc16a1基因在PD-1+ eTreg細(xì)胞中高表達(dá)（圖1），他們將注意力放在MCT1上。在分析ChIP-seq數(shù)據(jù)后，他們發(fā)現(xiàn)FOXP3能夠促進(jìn)eTreg細(xì)胞中MCT1及其互作蛋白CD147的表達(dá)。
那么，乳酸與eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)有何關(guān)聯(lián)？他們發(fā)現(xiàn)，eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)隨著乳酸濃度的增加而顯著升高，但CD8+ T細(xì)胞的PD-1表達(dá)則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。同時(shí)，乳酸能夠促進(jìn)eTreg細(xì)胞的增殖并抑制其凋亡。這些結(jié)果表明，在低葡萄糖和高乳酸環(huán)境下，eTreg細(xì)胞通過(guò)MCT1來(lái)吸收乳酸，從而上調(diào)PD-1的表達(dá)。
圖1. 乳酸通過(guò)MCT1誘導(dǎo)eTreg細(xì)胞表達(dá)PD-1
✔ PD-1阻斷增強(qiáng)eTreg細(xì)胞免疫抑制活性
后續(xù)的分析表明，PD-1阻斷能夠增強(qiáng)eTreg細(xì)胞在這種環(huán)境下的活性，從而對(duì)CD8+ T細(xì)胞的效應(yīng)功能產(chǎn)生更強(qiáng)的抑制作用。這也意味著，高乳酸誘導(dǎo)的PD-1high eTreg細(xì)胞與PD-1阻斷治療失敗之間存在直接關(guān)聯(lián)。再結(jié)合動(dòng)物模型的分析，他們發(fā)現(xiàn)MYC表達(dá)通過(guò)控制糖酵解活性和創(chuàng)造高乳酸的腫瘤微環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)T細(xì)胞群的PD-1表達(dá)平衡。
✔ 乳酸增強(qiáng)eTreg細(xì)胞的PD-1表達(dá)
研究人員之后開展體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)肝內(nèi)腫瘤的確會(huì)增強(qiáng)糖酵解，并促進(jìn)腫瘤微環(huán)境中Treg細(xì)胞的PD-1表達(dá)，且CD8+ T細(xì)胞的數(shù)量和PD-1表達(dá)顯著降低。PD-1抗體療法對(duì)肝內(nèi)腫瘤沒(méi)有表現(xiàn)出抗腫瘤作用，而是激活腫瘤內(nèi)的Treg細(xì)胞�？傊�，腫瘤微環(huán)境中的大量乳酸誘導(dǎo)Treg細(xì)胞表達(dá)PD-1，導(dǎo)致對(duì)PD-1抗體療法產(chǎn)生抗性。抑制Treg細(xì)胞的乳酸代謝能夠克服過(guò)表達(dá)Myc的腫瘤對(duì)PD-1阻斷療法的抗性。
最后，他們?cè)诙鄠�(gè)癌癥患者隊(duì)列中檢測(cè)了LDHA和MYC表達(dá)對(duì)PD-1阻斷療法的效果有何影響，包括胃癌、非小細(xì)胞肺癌和惡性黑色素瘤患者。他們發(fā)現(xiàn)，LDHA或MYC高表達(dá)的患者表現(xiàn)出無(wú)進(jìn)展生存期較短。通過(guò)糖酵解及乳酸代謝基因的表達(dá)可以預(yù)測(cè)PD-1阻斷療法對(duì)癌癥患者的有效性。
⭐ 總結(jié)
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