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Nature | 肿瘤细胞的“一箭双雕”之举:通过释放乳酸“喂饱”Treg并“饿死”效应T细胞以躲避免疫攻击

近日,来自美国匹兹堡大学的Greg M. Delgoffe团队在Nature杂志上发表了一篇题为 Metabolic support of tumour-infiltrating regulatory T cells by lactic acid 的文章,这项研究表明“机智”的肿瘤细胞不仅可以通过剥夺效应T细胞的营养来避免被杀死,还可以通过给友军——Treg细胞供给食物来抗衡效应T细胞的杀伤作用。


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基于先前报道的肿瘤细胞代谢、Treg细胞和效应T细胞功能改变的相关研究结果,作者通过分析Foxp3报告小鼠的肿瘤细胞及瘤内Treg细胞,发现肿瘤细胞的糖酵解能力与Treg细胞的抑制功能存在相关性。有趣的是,与效应T细胞相反,Treg细胞在肿瘤中不仅没有代谢抑制,反而增殖活跃,可以推测Treg可能以一种不依赖于葡萄糖的方式完成代谢。作者观察到与常规T细胞相比,Treg对荧光葡萄糖示踪剂2NBDG的摄取显著减少,进一步印证了上述猜想。


那么对葡萄糖亲和力不同的Treg亚群,其功能是否具有差异?作者发现,无论是何组织,2NBDGlow-Treg细胞相比,2NBDGhigh-Treg细胞(嗜糖性)的抑制能力显著降低,且对浸润淋巴结和B16黑色素瘤的2NBDGlow-Treg和2NBDGhigh-Treg进行测序发现,2NBDGhigh-Treg中Foxp3等Treg信号基因表达减少。


接下来,作者进一步研究了两种细胞类型的转录组,以确定可能支持其功能的代谢途径。这两种亚群均表达糖酵解途径的上游酶,然而,2NBDGlow-Treg亚群显示参与糖酵解终末步骤酶的丰富表达,特别是乳酸脱氢酶(由Ldha编码)单羧酸转运体MCT1(由Slc16a1编码),其中,MCT1介导乳酸的摄取,并被LDH转化为丙酮酸,也就是说2NBDGlow-Treg细胞中参与乳酸代谢途径的基因发生上调。


已知乳酸富集于肿瘤微环境中,且能抑制常规T细胞的功能,然而结合上述结果,作者发现Treg对乳酸具有抗性且似乎在Treg中乳酸代谢途径能够得到激活。为了验证Treg是否可以消耗乳酸,作者将从Foxp3YFP-cre报告小鼠获取的淋巴细胞通过装载细胞内pH指示剂染料并与乳酸孵育,并观察到Treg可以摄取乳酸且在不同组织中具有异质性。那么Treg细胞是如何使用乳酸的呢?作者对用[U13C]L-乳酸(pH 6.9)脉冲处理的活化Treg和Tconv细胞进行了高分辨率质谱分析,Treg细胞将13C乳酸转化为丙酮酸,随后转化为柠檬酸和苹果酸,表明线粒体导入并进入三羧酸(TCA)循环,进一步的分析显示,当苹果酸离开线粒体并转化为草酰乙酸时,Treg细胞还将乳酸衍生的碳掺入磷酸烯醇丙酮酸(PEPCK)形成的磷酸烯醇丙酮酸(PEP)中。PEP可促进细胞增殖所必需的上游糖酵解中间产物,这些结果提示乳酸可作为糖异生燃料源,减少Treg细胞对葡萄糖的需要。


为了确定Treg细胞在体内使用乳酸的意义,作者构建了一个组成性的Treg特异性的MCT1缺失Slc16a1f/f Foxp3cre小鼠,Slc16a1的缺失导致乳酸摄取的丧失。通过观察发现,MCT1缺失似乎对Treg细胞的生存和功能是可有可无的,但可能在富含乳酸的肿瘤组织中产生影响。对Slc16a1f/f Foxp3cre小鼠接种B16黑色素瘤,会导致肿瘤生长减慢且小鼠生存期延长,来自肿瘤内的Treg细胞在体外的抑制功能降低。因此可以推断,Treg细胞中乳酸摄取能力的丧失可能产生了有利于免疫治疗的环境。为了证实这点,作者在Treg细胞中触发MCT1缺失与抗PD-1的协同治疗,这一操作导致37.5%的B16荷瘤小鼠(通常对抗PD-1治疗不敏感)的肿瘤完全消退。


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图1. 接种B16细胞和IgG或抗PD-1抗体的Foxp3cre-ERT2Slc16a1f/f Foxp3cre-ERT2小鼠的生存期

总的来说,通常被认作是糖酵解代谢废物的乳酸,在这里可以作为Treg维持其高抑制能力的碳燃料来源。这项研究证明通过抑制单羧酸转运体MCT1MCT1,直接靶向乳酸代谢,或抑制肿瘤酸性可能会打破肿瘤细胞和Treg细胞之间的代谢共生关系,从而降低肿瘤免疫的Treg屏障,增强效应T细胞的杀伤功能。

原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41586-020-03045-2


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