發(fā)布日期：2017-10-18
腫瘤一入深似海，各項(xiàng)技能都?xì)w零。——奇點(diǎn)糕
上面那句話，是奇點(diǎn)糕給T細(xì)胞的抗癌表現(xiàn)做的深刻總結(jié)。
一年前，我們曾寫過一篇文章，介紹了殺傷性T細(xì)胞進(jìn)入腫瘤后被腫瘤「洗腦」，進(jìn)入耗竭狀態(tài)的悲傷故事。
近日，來自美國Wistar研究所的Hildegund Ertl教授和華人科學(xué)家Zhang Ying博士共同揭示，腫瘤內(nèi)T細(xì)胞的處境不僅悲慘，簡直是堪稱悲壯。
Hildegund Ertl教授
我們都知道腫瘤是個(gè)變態(tài)而邪惡的組織，里面低糖、低氧，正常的細(xì)胞基本不能適應(yīng)這種變態(tài)的環(huán)境。需要消耗大量能量才能發(fā)揮殺敵技能的T細(xì)胞就更難適應(yīng)這種環(huán)境了。
Zhang博士發(fā)現(xiàn)，接受激發(fā)免疫系統(tǒng)的藥物治療之后，會(huì)有大量的被激活的殺傷性T細(xì)胞進(jìn)入腫瘤，但是大約30天之后，腫瘤內(nèi)的殺傷性T細(xì)胞數(shù)量降低了90%左右。大量的T細(xì)胞都去哪兒了？默默離開了？還是英勇戰(zhàn)死了？研究人員不清楚。
但是研究人員發(fā)現(xiàn)，剩下那部分還在堅(jiān)守的殺傷性T細(xì)胞，為了保存最后的「革命」的火種，竟改變了自己的「飲食」習(xí)慣，從靠葡萄糖供能的代謝策略，轉(zhuǎn)向脂肪酸代謝供能，在夾縫里求生存。讓人驚喜的是，當(dāng)Zhang博士通過藥物進(jìn)一步激活T細(xì)胞脂肪酸代謝路徑時(shí)，它們被喚醒了。這一重要研究于近日刊登在著名期刊《癌細(xì)胞》上[1]。
Zhang Ying博士
實(shí)際上，去年12月份Dana-Farber癌癥研究所[2]和賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)[3]，背靠背發(fā)在《科學(xué)》雜志上的兩篇關(guān)于T細(xì)胞耗竭的重要研究已經(jīng)指出，由于持續(xù)的抗原刺激，進(jìn)入腫瘤里面的T細(xì)胞被重編程了，通俗的說，就是被「洗腦」了，不再有殺傷腫瘤的能力了。
他們的發(fā)現(xiàn)在一定程度上解釋了免疫檢查點(diǎn)抑制劑（PD-1和PD-L1抗體）治療癌癥響應(yīng)率低，CAR-T治不了實(shí)體瘤的問題。但是他們沒有回答這種T細(xì)胞的重編程是不是可以破除呢？或者我們再給它們編回去。如果可以，我們就可以全面解放T細(xì)胞，大幅提升免疫治療的效果。
從Zhang博士的研究來看，這種重編程似乎是可以解開的。
Ertl教授表示，「關(guān)于T細(xì)胞耗竭的機(jī)制研究甚少，鑒于T細(xì)胞對癌癥的免疫治療至關(guān)重要，我們的結(jié)果會(huì)對提高免疫治療的效率有重要意義！未來我們將會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的測試，先對T細(xì)胞進(jìn)行脂肪酸代謝預(yù)處理再轉(zhuǎn)移到患者體內(nèi)，以探究這樣是否會(huì)延長T細(xì)胞的存活時(shí)間、改善其功能，最終使患者受益?！筟4，5]
科學(xué)家們已經(jīng)知道，腫瘤微環(huán)境中，T細(xì)胞的存在通常與更好的臨床結(jié)果和患者對藥物更好的響應(yīng)率有關(guān)。
不過，T細(xì)胞想要發(fā)揮功能的前提，是要有足夠的能量。通常情況下，葡萄糖會(huì)是細(xì)胞的首選能量來源，因?yàn)樗鼤?huì)以極高的效率產(chǎn)生能量，以供細(xì)胞發(fā)揮各種功能。
然而，在腫瘤微環(huán)境中，由于血管較少，所以氧氣、葡萄糖的供應(yīng)明顯不足。此外，腫瘤細(xì)胞瘋狂地生長更加劇了低氧、低糖的狀況。在這種情況下，T細(xì)胞想通過葡萄糖代謝來獲取能量就困難重重了。
那么，面對此種困境，T細(xì)胞有沒有別的招兒呢？這也是困擾Ertl教授團(tuán)隊(duì)的問題。
為了弄清楚這個(gè)問題，Ertl教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，首先給正常小鼠和攜帶B16-BrafV600E基因突變的黑色素瘤小鼠，接種兩種腺病毒疫苗混合物，以刺激小鼠產(chǎn)生黑色素瘤相關(guān)抗原特異性（MAA）的T細(xì)胞和病毒抗原特異性（E7）的T細(xì)胞。接種疫苗，一方面可以減緩腫瘤生長的速度，另一方面，也可以觀察腫瘤中T細(xì)胞的狀況。
在接種后30天，攜帶基因突變的小鼠，其腫瘤中能夠產(chǎn)生殺敵武器如顆粒酶、穿孔素、γ干擾素的殺傷性T細(xì)胞數(shù)量減少了90%左右，但是抑制T細(xì)胞功能的因子如PD-1、LAG3的表達(dá)卻增加了。即T細(xì)胞確實(shí)是「疲憊」了，產(chǎn)生了T細(xì)胞耗竭現(xiàn)象。
T細(xì)胞進(jìn)入腫瘤后，在PPARa激動(dòng)劑的刺激下，靠燃燒脂肪酸（FA）恢復(fù)戰(zhàn)斗力
不過，慶幸的是，T細(xì)胞雖然是「疲憊」了，但是它所針對抗原的特異性并沒有發(fā)生改變！研究人員推測，除了持續(xù)的抗原刺激外，一定還有其他因素驅(qū)動(dòng)T細(xì)胞耗竭。
接下來的研究結(jié)果證實(shí)了他們的猜想：研究人員發(fā)現(xiàn)，腫瘤中的T細(xì)胞，不論是MAA-T細(xì)胞還是E7-T細(xì)胞，它們的低氧誘導(dǎo)因子1α（HIF1α）的表達(dá)都增加了。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，HIF1α促進(jìn)了LAG3的表達(dá)，而對PD-1的表達(dá)沒有影響，同時(shí)，HIF1α還破壞了T細(xì)胞釋放殺敵武器的功能。
也就是說，低氧環(huán)境下，是HIF1α的高表達(dá)導(dǎo)致了T細(xì)胞抗腫瘤功能的喪失！
更為有意思的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把HIF1α基因敲除后，T細(xì)胞中除了與糖代謝發(fā)生改變外，促進(jìn)脂肪酸代謝及攝取有關(guān)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，PPARα，表達(dá)也增加了。這讓研究人員不禁懷疑，難道腫瘤中的T細(xì)胞，產(chǎn)能從高效的葡萄糖代謝轉(zhuǎn)向相對低效的脂肪酸代謝了嗎？
T細(xì)胞進(jìn)入腫瘤后，在PPARa激動(dòng)劑的刺激下，脂肪酸（FA）代謝能力增強(qiáng)
于是，研究人員采用液相色譜法，對基因突變小鼠腫瘤中的T細(xì)胞代謝情況情況進(jìn)行了分析。他們發(fā)現(xiàn)，在接種后30天，腫瘤中的T細(xì)胞，糖代謝產(chǎn)物減少了，而脂肪酸代謝產(chǎn)物卻增加了。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一結(jié)果，研究人員還對基因突變黑色素瘤小鼠不同時(shí)期腫瘤樣本、黑色素瘤患者來源的異種移植物不同時(shí)期腫瘤樣本、及轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者腫瘤及血清樣本，進(jìn)行了脂肪酸水平的檢測。結(jié)果均顯示，在腫瘤進(jìn)展期間，游離脂肪酸的水平持續(xù)升高。也就是說，T細(xì)胞依靠脂肪酸代謝供能確實(shí)是可行的。
綜合這兩項(xiàng)結(jié)果，我們可以簡單的理解，面對腫瘤中低氧、低糖的惡劣環(huán)境，T細(xì)胞缺乏了葡萄糖供應(yīng)，采取糖代謝功能行不通，被逼無奈，只好利用環(huán)境中越來越多的脂肪酸，通過脂肪酸氧化供能，以茍活于世。
（左）在腫瘤低糖低氧的環(huán)境中，脂肪酸代謝弱，T細(xì)胞（紫色）的殺傷能力低
（右）在腫瘤低糖低氧的環(huán)境中，脂肪酸代謝強(qiáng)，T細(xì)胞（紫色）的殺傷能力強(qiáng)
那么增強(qiáng)脂肪酸氧化，能不能提高腫瘤微環(huán)境中T細(xì)胞的抗腫瘤功能呢？于是，研究人員每天給實(shí)驗(yàn)組小鼠喂食增加脂肪酸氧化的PPARa激動(dòng)劑，對照組喂食稀釋液；連續(xù)小鼠3周后再將小鼠脾臟取出，轉(zhuǎn)移到黑色素瘤小鼠中，發(fā)現(xiàn)PPARa激動(dòng)劑處理不但增強(qiáng)了T細(xì)胞的脂肪酸代謝，而且增強(qiáng)了T細(xì)胞抗腫瘤的功能。此外，研究人員還證實(shí)，PPARa激動(dòng)劑是特異性針對腫瘤微環(huán)境中的T細(xì)胞的，而對其他的T細(xì)胞不起作用。
最后，研究人員又比較了預(yù)先采用PPARa激動(dòng)劑處理T細(xì)胞同時(shí)聯(lián)合PD-1抑制劑治療黑色素瘤小鼠的效果，發(fā)現(xiàn)二者聯(lián)合使用，延緩了腫瘤的進(jìn)展，并且阻止了約50%的小鼠腫瘤的生長。
這項(xiàng)研究讓我們看到，面對腫瘤微環(huán)境中的惡劣條件，T細(xì)胞能夠另辟蹊徑，借助脂肪酸氧化產(chǎn)能，求得生存。倘若我們給它提供幫助，增加它的脂肪酸氧化產(chǎn)能，同時(shí)把腫瘤細(xì)胞在它身上施的魔咒PD-1解除，那么，T細(xì)胞將再次扛起殺死腫瘤細(xì)胞的武器，沖鋒陷陣！這不管是對于提高免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療效果、還是改善CAR-T治療實(shí)體瘤方面都是具有重要意義的[6]！
參考資料
[1] Zhang Y, Kurupati R, Liu L, et al. Enhancing CD8+ T Cell Fatty Acid Catabolism within a metabolically Challenging Tumor Microenvironment Increases the Efficacy of Melanoma Immunotherapy[J]. Cancer Cell, 2017, 32(3): 377-391. e9.
[2]Sen DR， Kaminski J， Barnitz RA， Kurachi M， Gerdemann U， et al. 2016. The epigenetic landscape of T cell exhaustion. Science 354：1165-9
[3]Pauken KE， Sammons MA， Odorizzi PM， Manne S， Godec J， et al. 2016. Epigenetic stability of exhausted T cells limits durability of reinvigoration by PD-1 blockade. Science 354：1160-5
[4]https://www.wistar.org/news-and-media/press-releases/modulating-t-cell-metabolism-uncovers-new-technology-enhancing-immun-0
[5] Bradley CA. 2017. Immunotherapy: CD8+ T cells [mdash] burn fat, get fit. Nat Rev Cancer advance online publication
[6] Bailis W, Shyer J A, Chiorazzi M, et al. No Oxygen? No Glucose? No Problem: Fatty Acid Catabolism Enhances Effector CD8+ TILs[J]. Cancer Cell, 2017, 32(3): 280-281.
來源：奇點(diǎn)網(wǎng)（微信號(hào) geekheal_com）
