揭晓：为什么CD8+T细胞在肿瘤微环境中不能维持所需能量了？！有望以此增强CAR-T效果

T细胞负责执行在全身追捕细菌、病毒和癌细胞的任务。但进入实体瘤微环境下，T细胞功能受限。作者通过Seahorse细胞代谢分析和光谱流式等技术发现肿瘤微环境强化T细胞内乙酰辅酶A羧化酶ACC，迫使其生成储存脂质，导致能量缺乏

　　

CD8⁺T 细胞是适应性免疫的一个子集，具有强大的细胞毒能力，负责追捕细菌病毒和癌细胞。然而，在实体瘤微环境 (TME) 中，T 细胞功能会受到抑制，一个原因是实体瘤微环境含有有限的营养资源，肿瘤细胞和免疫细胞必须竞争这些资源。进入 TME 后，T 细胞群会经历广泛的压力和营养供应不一致，从而导致翻译减弱和代谢功能障碍。肿瘤细胞在葡萄糖竞争中获胜，导致 TME 中出现间歇性的葡萄糖可用性。由于细胞毒性 T 细胞依赖有氧糖酵解来产生干扰素 (IFN)-γ 等细胞因子， 肿瘤介导的葡萄糖限制会损害 T 细胞抗肿瘤效应功能。改变 T 细胞代谢依赖性并减少对外源微环境依赖的策略可以增强细胞能量，从而增强基于 T 细胞的免疫疗法在实体癌中的疗效。

由UNC Lineberger综合癌症中心癌细胞生物学项目的共同负责人Jessica Thaxton博士领导的一个研究小组，利用他们在肿瘤免疫和代谢方面的专业知识研究为什么T细胞不能在肿瘤中维持能量代谢，结果发现，一种名为乙酰辅酶a羧化酶(ACC)的代谢酶会导致T细胞储存脂肪，而不是燃烧脂肪来获取能量。发表在《Cell Metabolism》杂志上的新发现和免疫治疗策略可用于使多种类型的T细胞疗法对患者更有效，可能包括检查点和嵌合抗原受体(CAR)T 细胞疗法。

文章摘要

肿瘤浸润 T 细胞 (TIL)在实体瘤微环境 (TME) 中的代谢状态受限，其特点是无法维持有效的能量合成以实现抗肿瘤功能和生存。TME 中的 T 细胞必须通过线粒体脂肪酸氧化 (FAO) 分解代谢脂质，以在营养应激下提供能量，然而，内源性肿瘤浸润 T 细胞和未经修饰的细胞治疗产品无法在肿瘤内维持所需的生物能。研究发现，实体瘤 TME 会持久性强化乙酰辅酶 A (CoA) 羧化酶 (ACC) 活性，从而引发肿瘤浸润 T 细胞中生成并储存脂质，抑制线粒体脂肪酸氧化和能量生成。使用Seahorse细胞代谢分析、脂质组学和共聚焦成像等分析策略，他们发现限制 ACC 可以重新连接 T 细胞代谢，从而能够在 TME 应激下维持能量产生。

研究亮点

• 肿瘤微环境诱导功能失调的 CD8⁺ TIL中脂滴 (LD) 积累

• 乙酰辅酶A羧化酶 (ACC) 指导 CD8⁺ T 细胞中脂滴的积累

• 抑制CD8⁺ T 细胞中 ACC 促进脂肪酸氧化

• 抑制 ACC 促进 CD8⁺ TIL 持久性和肿瘤控制

我们的发现填补了长期以来关于为什么实体肿瘤中的T细胞不能适当地产生能量的知识空白。我们在小鼠癌症模型中抑制了ACC的表达，我们观察到T细胞在实体肿瘤中能够更好地持续存在。”——Jessica Thaxton博士，北卡罗来纳大学莱恩伯格综合癌症中心细胞生物学和生理学副教授，癌症细胞生物学项目联合负责人

在癌症免疫治疗领域，人们早就知道，当T细胞在实体肿瘤内时，它们不能产生称为三磷酸腺苷（ATP）的细胞能量。2019年，Thaxton的实验室研究了一种具有最佳抗肿瘤功能的T细胞。在《癌症免疫学研究》上发表的一篇文章中，Hurst和Thaxton使用蛋白质组学筛选来鉴定与这些T细胞的最佳抗肿瘤代谢相关的酶。通过这个筛选，两人发现乙酰辅酶 A (CoA) 羧化酶 (ACC)的表达可能会限制肿瘤中T细胞制造ATP的能力。ACC 诱导细胞质中碳水化合物衍生的乙酰辅酶 A 羧化，形成脂肪酸的代谢前体丙二酰辅酶 A，是参与许多代谢途径的关键分子，它阻止细胞分解脂肪，促进脂肪储存。利用Hunt在共聚焦成像方面的专业知识，研究小组能够观察到从多种类型的癌症中分离出来的T细胞中有脂质储存。这一观察结果以及其他实验证实了该团队的假设，即T细胞储存而不是分解脂质。

通过使用光谱流式细胞术验证的脂质组学和共聚焦成像，作者在多个实体瘤模型中观察到 CD8⁺ TIL 积累脂滴 (LD) 储存，并且确定这种脂质储存升高发生于功能失调的 CD8⁺ TIL 库中。接下来，使用 RNA 测序 (RNA-seq) 结合蛋白质组筛选，作者观察到在小鼠和人类 CD8⁺ TIL中 ACC1 被诱导，与脂肪变性（脂肪变性是中性脂质的积累，最终导致脂滴形式的三酰甘油储存增加）的增加同时发生。通过分别利用泛 ACC 抑制剂ND-646和 CRISPR-Cas9 介导的 ACC1 基因敲除，他们发现这使得 T细胞中的脂质储存量迅速减少，能够看到脂肪转移到线粒体中用于产生能量。这表明ACC 直接促进胞质脂滴中三酰甘油 (TAG) 的储存，并强制 T 细胞中饱和脂肪酸的富集。通过使用安捷伦Seahorse 线粒体压力分析和Seahorse 实时 ATP 速率分析等代谢组学分析，发现暴露于肿瘤应激的 CD8⁺ T 细胞中脂质储存的增加是 ACC 依赖性的，并且与 mitoATP 合成的抑制相关；抑制ACC会导致重新连接 CD8⁺ T 细胞代谢，导致向脂肪酸氧化利用的转变和 ATP 合成加速（相比参照），并且该效果取决于Cpt1a介导的脂质输入。最后，作者观察到抑制小鼠和人类 T 细胞中产生 ACC 的 T 细胞池具有与 T 细胞干性和寿命相关的表型特征。用 ACC 抑制剂调节、或缺乏 ACC1 的CD8⁺ T 细胞可增强对黑色素瘤的控制，其特点是体内持久性和多功能性增加。

Thaxton说:“如果ACC被打开，细胞通常会储存脂质。如果ACC‘关闭’，细胞倾向于使用线粒体中的脂质来制造ATP。”这一最新发现可能有助于增强嵌合抗原受体(CAR) T细胞疗法。这项尖端技术将T细胞从癌症患者体内取出，在实验室中对其进行修饰以猎杀肿瘤细胞，然后重新注入T细胞以对抗患者的癌症。Thaxton实验室的初步数据表明，即使是人造的T细胞也含有过量的脂质储存。该实验室正开始研究患者样本，以了解研究人员如何可能直接在患者肿瘤中翻转ACC代谢开关，从而不需要取出细胞并将其重新注入体内。但研究人员必须首先确定这将如何影响体内其他免疫细胞群，如巨噬细胞。