前言

癌癥免疫療法徹底改變了癌癥的治療方式，為一部分患者開啟了通往持久無病狀態(tài)的大門。伴隨著這一重大進(jìn)展，人們對(duì)免疫系統(tǒng)與癌癥的相互作用以及阻礙成功抗腫瘤免疫的主要障礙有了更深入的了解。其中一個(gè)障礙是腫瘤微環(huán)境（TME）嚴(yán)酷的代謝環(huán)境。

眾所周知，腫瘤細(xì)胞代謝紊亂導(dǎo)致缺氧、酸性、葡萄糖和氨基酸缺乏的環(huán)境。許多腫瘤都會(huì)經(jīng)歷“Warburg代謝”或有氧糖酵解。此外，快速增殖和異常細(xì)胞信號(hào)導(dǎo)致脈管系統(tǒng)不充分，從而導(dǎo)致TME氧合不良。這些過程產(chǎn)生的代謝物在形成免疫細(xì)胞功能和對(duì)免疫治療的反應(yīng)中非常重要。

因此，我們不能再依賴簡單的腫瘤饑餓免疫細(xì)胞模型，也必須考慮在形成免疫細(xì)胞功能時(shí)產(chǎn)生的“有毒”分解代謝產(chǎn)物的影響。乳酸、犬尿氨酸、腺苷和活性氧（ROS）等分解代謝產(chǎn)物經(jīng)常出現(xiàn)在各種組織和免疫環(huán)境中，正是這些非腫瘤環(huán)境在進(jìn)化上塑造了免疫細(xì)胞。因此，重要的是將TME視為免疫細(xì)胞的眾多代謝環(huán)境之一，并從非腫瘤環(huán)境中尋求關(guān)于腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞的代謝見解。這一觀點(diǎn)對(duì)于實(shí)施代謝策略以改善免疫治療至關(guān)重要，因?yàn)樗鼘㈥U明這些治療可能如何影響免疫系統(tǒng)。

乳酸

在TME中，乳酸是由高度糖酵解的腫瘤細(xì)胞發(fā)酵葡萄糖生成丙酮酸，然后通過乳酸脫氫酶（LDH）生成乳酸。在正常血清中，乳酸濃度范圍為1.5至3mM，而腫瘤濃度范圍為10至30mM，在壞死腫瘤核心內(nèi)達(dá)到極高水平（50mM）。

事實(shí)上，乳酸水平升高表明幾種癌癥類型的預(yù)后不良。因此，毫不奇怪，乳酸對(duì)浸潤性免疫細(xì)胞有著深遠(yuǎn)的影響。一般來說，乳酸作為一種免疫抑制代謝物，事實(shí)上，在腫瘤等效濃度的乳酸中體外激活CD8+和CD4+T細(xì)胞會(huì)降低它們的增殖和產(chǎn)生細(xì)胞因子的能力。乳酸通過NAD（H）氧化還原狀態(tài)限制T細(xì)胞增殖，在富含乳酸的條件下將NAD+還原為NADH，從而改變NAD+依賴的酶反應(yīng)，從而減少增殖所需的糖酵解中間產(chǎn)物。

并非所有免疫細(xì)胞都對(duì)腫瘤源性乳酸產(chǎn)生負(fù)面反應(yīng)。TME積極招募并促進(jìn)Tregs的分化， Treg是免疫系統(tǒng)的有效抑制劑，其任務(wù)是維持免疫穩(wěn)態(tài)和預(yù)防自身免疫。與效應(yīng)細(xì)胞不同，Treg不依賴糖酵解來滿足代謝需求，而是更嚴(yán)重地依賴氧化代謝，包括脂質(zhì)合成和信號(hào)傳導(dǎo)。這使得Treg在葡萄糖耗盡的TME中茁壯成長并發(fā)揮其免疫抑制功能。與效應(yīng)T細(xì)胞相比，乳酸對(duì)腫瘤浸潤性Treg增殖和功能至關(guān)重要。

乳酸也會(huì)影響固有免疫細(xì)胞。發(fā)現(xiàn)乳酸使巨噬細(xì)胞極化為M2型TAM狀態(tài)，包括精氨酸酶1（Arg1）表達(dá)增加。乳酸影響巨噬細(xì)胞和Treg功能的一個(gè)潛在機(jī)制可能是通過其對(duì)組蛋白乳酰化的貢獻(xiàn)，從而改變表觀遺傳學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)組蛋白可以通過乳�；�進(jìn)行修飾，這是一種組蛋白標(biāo)記，與乙酰化相比具有明顯的動(dòng)力學(xué)特征。

犬尿氨酸

另一種在多種腫瘤類型中持續(xù)上調(diào)的代謝產(chǎn)物是犬尿氨酸。與乳酸一樣，犬尿氨酸是一種免疫抑制副產(chǎn)物，來源于關(guān)鍵代謝物（色氨酸）的消耗。色氨酸的消耗和犬尿氨酸的產(chǎn)生由三種限速酶驅(qū)動(dòng)，即吲哚胺2,3-雙加氧酶1（IDO1）、IDO2和色氨酸2,3-雙加氧酶（TDO）。IDO1由多種細(xì)胞類型表達(dá)，包括免疫細(xì)胞、上皮細(xì)胞、癌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞。組織炎癥期間產(chǎn)生的IFN-γ極大地增強(qiáng)了IDO1的表達(dá)，并作為負(fù)反饋回路抑制過度炎癥。

與葡萄糖和乳酸一樣，色氨酸耗竭和犬尿氨酸的產(chǎn)生具有獨(dú)立的免疫抑制作用。犬尿氨酸可通過多種機(jī)制進(jìn)行抑制，包括（a）促進(jìn)耐受性抗原呈遞細(xì)胞分化；（b）通過芳香烴受體（AhR）促進(jìn)Treg分化；以及（c）抑制IL-2信號(hào)傳導(dǎo)。

已經(jīng)證實(shí)，許多腫瘤類型表達(dá)IDO1，高表達(dá)與預(yù)后不良和腫瘤浸潤性Treg增加有關(guān)。犬尿氨酸也可以直接影響效應(yīng)T細(xì)胞，因?yàn)門細(xì)胞受體（TCR）刺激可以通過Slc7a5/Slc7a8增加犬尿氨酸的攝取，導(dǎo)致AhR誘導(dǎo)的PD-1表達(dá)增加。

總之，色氨酸耗竭和犬尿氨酸的產(chǎn)生被用來創(chuàng)造一種免疫抑制環(huán)境，這種環(huán)境在穩(wěn)定狀態(tài)下維持免疫耐受，但在腫瘤中被用來逃避免疫破壞。

活性氧

許多腫瘤都會(huì)經(jīng)歷一定程度的缺氧。當(dāng)腫瘤的低血管化和高代謝需求超過可用的氧氣供應(yīng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)氧氣消耗。與葡萄糖和色氨酸的消耗一樣，氧的消耗伴隨著有毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，如活性氧和腺苷，這一直是癌癥研究的重點(diǎn)。

ROS作為氧化代謝的正常部分產(chǎn)生，對(duì)正常細(xì)胞存活、信號(hào)傳導(dǎo)和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定非常重要。然而，癌癥利用活性氧，利用它們的過量生產(chǎn)，驅(qū)動(dòng)有絲分裂信號(hào)通路、轉(zhuǎn)移和存活。除活性氧外，腫瘤缺氧還促使細(xì)胞外ATP的積累，ATP被分解為免疫抑制代謝物腺苷。ATP釋放和腺苷生成作用于嘌呤能受體，損害免疫細(xì)胞浸潤和激活，從而降低抗腫瘤免疫。

與乳酸和犬尿氨酸一樣，活性氧在非腫瘤環(huán)境中對(duì)形成免疫細(xì)胞功能起著重要作用�；钚匝踹�可以在趨化性中發(fā)揮作用，向中性粒細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞發(fā)送信號(hào)，使其到達(dá)損傷或感染部位，甚至激活樹突狀細(xì)胞。

然而高水平的ROS會(huì)損害TME內(nèi)的效應(yīng)T細(xì)胞。氧化程度更高的TME與CD8+T細(xì)胞耗竭增加和抗PD-1免疫治療反應(yīng)降低有關(guān)。最近的機(jī)制研究表明，持續(xù)的TCR刺激和缺氧促使CD8+T細(xì)胞產(chǎn)生更多的線粒體ROS，這足以誘導(dǎo)耗竭樣表型。除了損害效應(yīng)細(xì)胞外，高水平的ROS還可以支持調(diào)節(jié)群體，如TAM和MDSCs。

總之，活性氧在低水平下對(duì)正常免疫功能至關(guān)重要，但在TME的高水平下，活性氧會(huì)促進(jìn)效應(yīng)細(xì)胞的功能障礙和調(diào)節(jié)群體的存在。

腺苷

腺苷是一種有效的免疫抑制代謝物，既損害效應(yīng)細(xì)胞，又支持調(diào)節(jié)細(xì)胞。在TME內(nèi)，腺苷通過腫瘤細(xì)胞和浸潤性免疫細(xì)胞表達(dá)的細(xì)胞表面外核苷酸酶CD39和CD73產(chǎn)生。低氧驅(qū)動(dòng)HIF1A活性，進(jìn)而上調(diào)CD39、CD73和腺苷受體A2BR。細(xì)胞外ATP通過CD39轉(zhuǎn)化為ADP和/或AMP，而AMP通過CD73轉(zhuǎn)化為腺苷。腺苷隨后與四種受體之一A1R、A2AR、A2BR或A3R結(jié)合，以發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能。通過A2AR和A2BR發(fā)出信號(hào)可以減少IFN-γ和IL-2的產(chǎn)生，增加效應(yīng)細(xì)胞中的抑制分子PD-1，并激活Foxp3、CTLA4和Lag-3，促進(jìn)Treg的發(fā)育。

針對(duì)有毒代謝物的靶向治療

人們認(rèn)識(shí)腫瘤中乳酸、犬尿氨酸、活性氧和腺苷的產(chǎn)生和免疫調(diào)節(jié)作用，因此開發(fā)了針對(duì)其的治療方法，以期改進(jìn)癌癥免疫療法。

改變腫瘤的代謝

存在許多改變腫瘤代謝狀況的策略。例如，乳酸的產(chǎn)生可以通過抑制乳酸脫氫酶來實(shí)現(xiàn)。一項(xiàng)藥物研究表明，使用抑制劑GSK2837808A抑制患者源性和B16黑色素瘤LDHA可增強(qiáng)體外和體內(nèi)T細(xì)胞殺傷，并增強(qiáng)過繼細(xì)胞治療。雖然特定的LDH和糖酵解抑制劑尚未完全進(jìn)入臨床，但我們有可能重新利用具有糖酵解抑制作用的舊藥物。例如，雙氯芬酸，一種常見的非甾體抗炎藥，已被證明能獨(dú)立于COX抑制調(diào)節(jié)糖酵解，并可用于改善抗PD-1免疫療法。

乳酸也可以通過針對(duì)其出口來減少TME內(nèi)的乳酸。乳酸通過MCT運(yùn)輸，雖然許多MCT1和MCT4的小分子抑制劑已被開發(fā)用于臨床前用途，但目前只有阿斯利康的AZD3965正在進(jìn)行人體試驗(yàn)（NCT01791595）。臨床前研究表明，AZD3965可以降低進(jìn)入TME的乳酸分泌，并增加腫瘤免疫細(xì)胞浸潤。

針對(duì)犬尿氨酸的大部分研究都是通過抑制IDO1進(jìn)行的。目前，有幾種IDO抑制劑正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)（NCT04049669、NCT03432676、NCT02471846）。不幸的是，在中期分析顯示IDO1抑制沒有額外益處（NCT03432676）后，Incyte的epacadostat聯(lián)合pembrolizumab的試驗(yàn)停止了。這無疑抑制了針對(duì)IDO1的熱情，但它突顯了針對(duì)IDO途徑的復(fù)雜性，可能是需要一定程度的色氨酸分解代謝才能產(chǎn)生最佳調(diào)節(jié)的抗腫瘤免疫反應(yīng)。

由于活性氧產(chǎn)生機(jī)制的多樣性，活性氧的產(chǎn)生可以通過多種方式進(jìn)行靶向。一種有希望的方法是通過減少腫瘤缺氧。在臨床前模型中，二甲雙胍可作為弱線粒體復(fù)合物I抑制劑，與抗PD-1聯(lián)合使用時(shí)，可減少腫瘤缺氧并促進(jìn)B16腫瘤清除。腫瘤缺氧也可以通過抑制VEGF來靶向，臨床上，抗血管生成和免疫治療組合對(duì)腎細(xì)胞癌（RCC）和肝細(xì)胞癌（HCC）的療效最佳，atezolizumab和貝伐單抗的聯(lián)合治療可改善無進(jìn)展生存率和總生存率。

另一種靶向腫瘤源性活性氧的方法是使用清除劑。例如使用藥物RTA-408，其被證明可誘導(dǎo)Nrf2，這是一種參與氧化應(yīng)激保護(hù)的主要蛋白質(zhì)，并導(dǎo)致在腫瘤異種移植模型中抑制ROS。2019年，在黑色素瘤患者中完成了聯(lián)合抗CTLA-4和抗PD-1與RTA-408的Ib/II期臨床試驗(yàn)，但結(jié)果尚未正式公布（NCT02259231）。

除了上述減少缺氧的方法外，還可以直接針對(duì)腺苷的產(chǎn)生。這些藥物以小分子抑制劑或阻斷抗體的形式出現(xiàn)，主要針對(duì)CD73、CD39和A2AR。雖然這些藥物在減少腺苷生成，甚至預(yù)防可溶性CD73的外核苷酸酶方面顯示出臨床前療效，但大多數(shù)藥物仍在等待I/II期臨床試驗(yàn)的結(jié)果。

改變浸潤性免疫細(xì)胞的代謝

CAR-T等過繼性T細(xì)胞療法提供了一種代謝支持T細(xì)胞在嚴(yán)酷的TME中發(fā)揮功能的方法。增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞的一種方法是過表達(dá)或刪除調(diào)節(jié)新陳代謝的基因。例如，在過繼細(xì)胞治療模型中，PGC1α（線粒體生物發(fā)生的轉(zhuǎn)錄輔激活因子）的過表達(dá)可防止線粒體功能的喪失，并提高抗腫瘤療效。相反地，Regnase-1基因的缺失提高了過繼性細(xì)胞轉(zhuǎn)移的效率。Regnase-1基因被認(rèn)為對(duì)CD8+T細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄因子BATF和線粒體代謝具有負(fù)調(diào)節(jié)作用。

過繼性T細(xì)胞療法也可以通過其擴(kuò)張介質(zhì)進(jìn)行代謝支持。與血清相比，RPMI、DMEM和AIM V等常用培養(yǎng)基含有大量葡萄糖，代謝產(chǎn)物水平降低，對(duì)腫瘤的嚴(yán)酷代謝環(huán)境準(zhǔn)備不足。由于T細(xì)胞對(duì)其代謝環(huán)境高度敏感，在含有或缺乏某些代謝物的培養(yǎng)基中擴(kuò)增T細(xì)胞可能會(huì)提高其在體內(nèi)的持久性和效力。與此一致，通過營養(yǎng)饑餓或代謝抑制劑在體外限制谷氨酰胺，可增強(qiáng)小鼠過繼轉(zhuǎn)移T細(xì)胞的功效。限制代謝產(chǎn)物或向擴(kuò)張培養(yǎng)基中添加代謝抑制劑是改善過繼細(xì)胞療法的一種非常有吸引力的方法。

小結(jié)

腫瘤不僅消耗必需的代謝物，而且同時(shí)產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物持續(xù)存在于TME中。代謝產(chǎn)物（如葡萄糖、氨基酸和氧氣）的消耗以及乳酸、犬尿氨酸、活性氧和腺苷的產(chǎn)生都會(huì)對(duì)效應(yīng)免疫細(xì)胞產(chǎn)生負(fù)面調(diào)節(jié)，并支持調(diào)節(jié)性免疫群體。

隨著我們進(jìn)一步研究TME中的免疫代謝，明白代謝產(chǎn)物的消耗和產(chǎn)生對(duì)免疫細(xì)胞功能都有獨(dú)立的影響，這一點(diǎn)至關(guān)重要。正如IDO1抑制劑試驗(yàn)失敗一樣，在必需代謝物的消耗和有毒代謝物的產(chǎn)生之間可能存在著比我們想象的更微妙的平衡。最終，了解必需代謝物及其有毒副產(chǎn)物之間的生理平衡，以及對(duì)免疫細(xì)胞的后續(xù)影響，將是開發(fā)癌癥治療方法的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

1.Fighting in a wasteland: deleteriousmetabolites and antitumor immunity. J Clin Invest. 2022 Jan 18; 132(2):e148549.

       原文標(biāo)題 : 腫瘤免疫中的TME有害代謝產(chǎn)物