撰文
咸姐
#癌症#
天然免疫系统和适应性免疫系统的功能及其相互作用对抗癌免疫至关重要。免疫检查点抑制剂旨在阻断抑制性免疫受体并激活功能失调的T细胞，包括CD8+T细胞，而过继细胞转移（ACT）疗法则使用带有基因修饰受体（嵌合抗原受体CAR）的CD8+T细胞来指定和增强CD8+T细胞的功能。毫无疑问，适应性免疫系统中的细胞毒性CD8+T细胞是抗癌免疫反应中最强大的效应器，是癌症免疫治疗的中流砥柱。
在抗原刺激下，CD8+T细胞会经过广泛的克隆扩增并分化为效应细胞。这些细胞中的大部分是终末分化的短寿命效应细胞(SLEC)，并具有强大的细胞毒性潜力；而剩余的细胞则是记忆前体效应细胞(MPEC)，可进一步分化为长寿的、可自我更新的记忆CD8+T细胞。尽管目前ACT免疫治疗在一小部分患者中的疗效可观，但事实上为ACT所准备的T淋巴细胞通常是终末分化的，其移植效率低下且癌症复发率高。可以想见，真正理想的、适用于癌症的ACT免疫治疗的免疫细胞的特征应该是自我更新和多能性，这能够克服ACT目前存在的许多问题。已有研究发现，移植具有自我更新记忆表型的T细胞可以产生更强、更持久的抗肿瘤反应。
多种分子途径、转录因子和表观遗传印记已被证明可驱动效应细胞与记忆CD8+T细胞的分化，显然，这些过程与细胞代谢状态密切相关，这两种细胞的能量和生物合成需求不同，且依赖于不同的代谢途径。糖酵解，包括乳酸发酵和丙酮酸氧化，协调着CD8+T细胞的分化。在代谢命运选择的十字路口，矗立着线粒体丙酮酸载体(MPC)，其是位于线粒体内膜中的异二聚体，由MPC1和MPC2蛋白组成，是丙酮酸进入线粒体的唯一入口点。然而，在这十字路口，由MPC控制的线粒体丙酮酸代谢和摄取如何影响T细胞的功能和命运仍然是一个谜。
年4月21日，来自瑞士洛桑大学的MathiasWenes团队在CellMetabolism上在线发表题为ThemitochondrialpyruvatecarrierregulatesmemoryTcelldifferentiationandantitumorfunction的文章，证明通过丙酮酸转化和线粒体导入的乳酸氧化可维持肿瘤微环境中细胞毒T细胞的抗肿瘤功能，相反，在新激活的T细胞中短暂抑制MPC则可促进记忆T细胞分化，从而增强过继转移疗法的抗肿瘤活性，由此揭示了线粒体丙酮酸摄取指导代谢灵活性，继而指导T细胞分化和抗肿瘤反应的过程。
为了研究线粒体丙酮酸输入在CD8+T细胞对急性感染的反应中的作用，研究人员首先将分别来自野生型（WT）小鼠和MPC1敲除（MPC1KO）小鼠的初级CD45.2+CD8+T细胞移植入感染了单核细胞增生李斯特菌的CD45.2+小鼠，结果显示，尽管CD8+T细胞反应的动力学没有改变，但是MPC1KOT细胞可形成更多的功能性完整的MPEC以及更多的中央记忆T细胞（TCM）。体外实验也证实，在新激活的T细胞中，MPC药物抑制剂对MPC的瞬时抑制作用也能产生同样的作用。由此表明，在CD8+T细胞的激活和扩增过程中干扰线粒体丙酮酸的输入有利于记忆细胞的分化。
随后，研究人员对线粒体丙酮酸代谢抑制在激活的CD8+T细胞中引起的代谢水平的改变进行了探索。研究结果显示，MPC的抑制诱导了活化的CD8+T细胞中的代谢灵活性，抑制了葡萄糖的利用，而增加了谷氨酰胺和棕榈酸的利用以形成柠檬酸（柠檬酸是草酰乙酸与乙酰辅酶A缩合形成的，而柠檬酸本身也可以作为线粒体外乙酰辅酶A的来源），同时MPC抑制也减少了葡萄糖与乙酰辅酶A的结合，增加了谷氨酰胺与其的结合。进一步地实验表明，CD8+T细胞中MPC的抑制增加了谷氨酰胺和脂肪酸氧化（FAO）形成的乙酰辅酶A，而这与有利于记忆细胞特征基因染色质可及性的组蛋白修饰相关，MPC的抑制使得组蛋白乙酰化，尤其是组蛋白H3上赖氨酸残基27的乙酰化（H3K27ac）显著增强。而MPC抑制所诱导的上述代谢-表观遗传相互作用和记忆细胞的分化都依赖于RUNX1的协调。
基于上述发现，研究人员随后将MPCKOOT-ICD8+T细胞转移至长了肿瘤的小鼠体内，与李斯特菌感染的小鼠模型类似，其虽不影响T细胞数量，但在循环淋巴细胞库中使T细胞从SLEC向MPEC表型分化，并增加了脾脏中的TCM分化。然而，令人惊讶的是，与未治疗小鼠相比，接受了MPCKOACT治疗的小鼠无法控制肿瘤的生长，但MPCWTACT治疗的小鼠则可以。进一步分析表明，与脾脏细胞相比，WT肿瘤浸润CD8+T细胞显著抑制了细胞因子的产生和细胞毒性脱颗粒，然而，MPC1KOT细胞在进入肿瘤时则表现出其效应功能的完全崩溃。由此确定了线粒体丙酮酸输入在维持肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）的抗肿瘤效应功能中的重要作用。值得一提的是，MPC1缺失却并不影响它们在脾脏中的效应功能，这可能是由于这些组织之间代谢物丰度的差异所致。体外实验研究结果表明，TIL的线粒体可以氧化乳酸，从而通过避免mTOR信号的丢失和超浓缩染色质构象来防止营养缺乏微环境中功能和代谢的全面崩溃。
既然MPC1缺失对肿瘤微环境中T细胞功能具有不利的影响，那么是否可以在体外利用MPC1抑制来诱导细胞的记忆命运，从而在不永久去除MPC活性的情况下扩大T细胞以用于ACT免疫治疗呢？答案是肯定的。研究人员在体外对OT-1T细胞用MPC抑制进行激活和处理后，移植进长了肿瘤的小鼠体内，实验结果证实在ACT免疫疗法中MPC的抑制会产生强大的CATT细胞抗肿瘤活性。同样的，将来自7名健康志愿者的外周血单核细胞在MPC抑制下激活，发现MPC抑制可显着增加CD62L表达，诱导干细胞样表型标志物的表达并增加H3K27乙酰化。随后，将低治疗剂量的CART细胞转移到患有晚期和广泛的NALM6急性淋巴细胞白血病的NODscid-γ小鼠体内发现，与对照相比，MPC抑制的CD19-CART细胞治疗使得所有小鼠存活显著延长。
综上所述，本研究证明了线粒体丙酮酸的输入决定了CD8+T细胞的命运和功能，而这取决于微环境营养的可用性。抑制MPC可以在营养丰富的环境中进行代谢补偿，从而诱导稳定的类似记忆的表观遗传构象，而这可应用于ACT疗法的T细胞制造过程中，以增强其抗肿瘤能力和过继转移后的持久性。
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