脂代謝重編程調(diào)控免疫微環(huán)境抗腫瘤的研究進(jìn)展①

張祎稀 吳建春 駱瑩濱 李 雁（上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬市中醫(yī)醫(yī)院，上海 200071）

腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）是指腫瘤細(xì)胞及其周圍的免疫細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及活性介質(zhì)構(gòu)成的生態(tài)內(nèi)環(huán)境，其復(fù)雜性及多樣性是造成免疫逃逸、促成腫瘤發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［1］。最新研究發(fā)現(xiàn)，代謝重編程介導(dǎo)的微環(huán)境免疫抑制是導(dǎo)致免疫治療受限的關(guān)鍵因素之一，其中，脂代謝異常與腫瘤發(fā)生發(fā)展及免疫細(xì)胞效應(yīng)功能的發(fā)揮密切相關(guān)。事實(shí)上，腫瘤細(xì)胞可通過感應(yīng)周圍環(huán)境的變化而改變自身的代謝所需，其代謝產(chǎn)物可通過多種方式影響免疫細(xì)胞的激活及抗腫瘤免疫應(yīng)答的發(fā)生；而浸潤(rùn)在腫瘤局部的免疫細(xì)胞在與腫瘤細(xì)胞相互作用的過程中被激活，因此其代謝格局與非活化的免疫細(xì)胞截然不同，一方面，活化的免疫細(xì)胞對(duì)代謝途徑的選擇對(duì)抗腫瘤免疫應(yīng)答產(chǎn)生了不利影響；另一方面，不同代謝模式下免疫細(xì)胞的分化與功能也影響微環(huán)境下腫瘤的發(fā)生發(fā)展［2］。以下將對(duì)微環(huán)境中腫瘤脂代謝對(duì)免疫細(xì)胞的影響及靶向脂代謝重編程調(diào)控免疫微環(huán)境的抗腫瘤研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 脂代謝對(duì)免疫細(xì)胞分化及功能的影響

脂類是人體三大營養(yǎng)素及代謝物質(zhì)之一，除了作為細(xì)胞的主要構(gòu)成分子外，還是重要的第二信使，同時(shí)與能量供應(yīng)及存儲(chǔ)密切相關(guān)［3］。與正常細(xì)胞不同，腫瘤細(xì)胞不僅能夠通過代謝重編程方式為其無限增殖需求提供所需的ATP和大分子，而且在應(yīng)激狀態(tài)下釋放微環(huán)境介質(zhì)刺激免疫細(xì)胞，使其改變自身代謝格局，進(jìn)而共同影響微環(huán)境下腫瘤的發(fā)生發(fā)展［4］。腫瘤脂代謝重編程是腫瘤代謝重編程的重要組成部分，主要涵蓋脂肪酸（fatty acid，F(xiàn)A）轉(zhuǎn)運(yùn)異常、FA從頭合成增加、脂滴（lipid droplets，LDs）蓄積和脂肪酸β氧化供能，這些改變受癌基因信號(hào)通路調(diào)控，包括FA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及相關(guān)基因上調(diào)、表觀基因組修飾、脂代謝相關(guān)酶網(wǎng)絡(luò)及轉(zhuǎn)錄因子改變等多種因素共同作用下的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)［5］。其中FA從頭合成通路是維持腫瘤細(xì)胞生存所必需的代謝通路之一，在此過程中產(chǎn)生的大量FA及其他代謝產(chǎn)物可作為信號(hào)分子影響免疫細(xì)胞分化及功能［6］。

1.1巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞來源于骨髓中的單核細(xì)胞，早期研究表明其主要功能是作為“吞噬者”對(duì)病原體進(jìn)行吞噬并激活免疫反應(yīng)［7］。隨著研究的深入，其所處的局部微環(huán)境決定了它們不同的極化趨勢(shì)及代謝方式，這些改變又會(huì)反作用于腫瘤細(xì)胞并促進(jìn)其惡性進(jìn)展。近期GOOSSENS等［8］研究表明，高漿液性卵巢癌小鼠模型中膽固醇逆轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1和ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體G1表達(dá)量升高，導(dǎo)致腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor associated macrophages，TAMs）中IL-4表達(dá)上升，進(jìn)一步激活PI3K/STAT6信號(hào)通路促進(jìn)卵巢癌進(jìn)程。ZHANG等［9］采用細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，被腫瘤細(xì)胞激活的M2型巨噬細(xì)胞脂代謝模式發(fā)生改變，依賴于脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，F(xiàn)AO）途徑獲取能量，并通過激活活性氧和NLRP3炎癥小體促進(jìn)自身IL-1β分泌，加快肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。

此外，腫瘤細(xì)胞在脂代謝重編程過程中會(huì)產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，如FA、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）和花生四烯酸（arachidonic acid，AA）等，這些代謝產(chǎn)物同樣影響巨噬細(xì)胞的極化及功能。FA是合成脂類的重要底物，具有高度腫瘤依賴性，腫瘤來源的FA可調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化及功能活動(dòng)。WU等［10］發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中LDs衍生的不飽和FA（油酸）通過促進(jìn)線粒體呼吸誘導(dǎo)髓系細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞極化，導(dǎo)致免疫細(xì)胞監(jiān)視作用失靈，最終促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。PGE2是細(xì)胞內(nèi)一種參與和介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子，腫瘤通過釋放PGE2破壞微環(huán)境中巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。研究表明宮頸癌HeLa細(xì)胞內(nèi)部的PGE2可抑制巨噬細(xì)胞RAW中具有活化正常T細(xì)胞表達(dá)與分泌的趨化因子CCL5產(chǎn)生，進(jìn)而達(dá)到免疫逃逸促進(jìn)腫瘤發(fā)生的目的［11］。AA是多種脂類代謝產(chǎn)物的前體，其代謝產(chǎn)物類花生酸在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，并通過與巨噬細(xì)胞的交互作用誘導(dǎo)免疫抑制的發(fā)生［12］。

上述研究表明，腫瘤脂代謝產(chǎn)物的蓄積可引起炎癥性微環(huán)境的改變，影響巨噬細(xì)胞的功能。而由于微環(huán)境成分改變導(dǎo)致巨噬細(xì)胞脂代謝模式發(fā)生變化，亦可促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移，兩者相互影響構(gòu)成錯(cuò)綜復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)。

1.2T細(xì)胞

1.2.1記憶性T細(xì)胞（memory T cells，Tm）Tm在體內(nèi)不斷自我更新從而殺傷腫瘤細(xì)胞使機(jī)體獲得免疫記憶性是免疫治療成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［13］。黃波教授課題組研究發(fā)現(xiàn)，脂代謝產(chǎn)物可作為一種表觀遺傳調(diào)控因子在CD8+Tm細(xì)胞的長(zhǎng)期存活中發(fā)揮重要作用。主要調(diào)控機(jī)制為細(xì)胞線粒體中脂肪酸β氧化代謝產(chǎn)物乙酰輔酶A通過表觀遺傳修飾上調(diào)胞漿型磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶（PCK1）表達(dá)，PCK1與糖原的合成分解相關(guān)，通過磷酸戊糖途徑產(chǎn)生還原型NADPH，從而維持CD8+Tm細(xì)胞的長(zhǎng)期存活，起到抗腫瘤作用［14］。

1.2.2輔助性T細(xì)胞（helper T cells，Th）Th在介導(dǎo)腫瘤免疫應(yīng)答中扮演調(diào)控或輔助其他淋巴細(xì)胞發(fā)揮免疫功能的角色，其主要表面標(biāo)志為CD4［15］。BROWN等［16］通過研究非酒精性脂肪肝性肝病中CD4+T細(xì)胞的抗腫瘤機(jī)制表明，富含脂質(zhì)的肝臟微環(huán)境FAO活躍，其中在脂質(zhì)分解代謝中起關(guān)鍵作用的肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶表達(dá)升高，進(jìn)而增加線粒體活性氧的產(chǎn)生，導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞凋亡，促進(jìn)肝細(xì)胞癌形成。

1.2.3調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cells，Tregs）Tregs是自身免疫的負(fù)性調(diào)節(jié)細(xì)胞，防止自身免疫性疾病的發(fā)生。在腫瘤中，Tregs通過免疫抑制作用促使腫瘤發(fā)生免疫逃逸［17］。Tregs脂代謝基因的表達(dá)是調(diào)節(jié)其免疫功能的關(guān)鍵因素之一。研究表明，脂肪酸結(jié)合蛋白（fatty acid binding proteins，F(xiàn)ABPs）是細(xì)胞內(nèi)促進(jìn)脂肪攝取和運(yùn)輸所需的脂伴侶家族，而FABP5作為FABPs家族成員，對(duì)Tregs免疫功能至關(guān)重要。抑制FABP5會(huì)導(dǎo)致線粒體DNA（mtDNA）釋放，從而激活cGAS-STING介導(dǎo)的Ⅰ型干擾素免疫反應(yīng)信號(hào)通路，刺激Tregs分泌促癌的IL-10，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤免疫逃逸［18］。

1.2.4細(xì)胞毒性T細(xì)胞（cytotoxic T cell，Tc）Tc是機(jī)體抗腫瘤機(jī)制的重要環(huán)節(jié)，其中CD8+T細(xì)胞是Tc中最具毒性殺傷能力的一類亞群，其數(shù)量直接決定了抗腫瘤的殺傷能力［19］。但在腫瘤微環(huán)境條件下，CD8+T細(xì)胞的免疫活性受到抑制，這是由于腫瘤細(xì)胞高表達(dá)的膽固醇改變其表面相關(guān)抗原構(gòu)象，削弱抗體識(shí)別抗原的能力，保護(hù)腫瘤細(xì)胞逃避免疫監(jiān)視［20］。此外，T細(xì)胞脂代謝通路中的相關(guān)基因也是關(guān)鍵的調(diào)控靶點(diǎn)，YANG等［21］研究表明抑制CD8+T細(xì)胞脂代謝通路中膽固醇酯化酶ACAT1可有效提高腫瘤細(xì)胞的殺傷能力，這是因?yàn)锳CAT1低表達(dá)可增加細(xì)胞質(zhì)膜游離膽固醇水平，進(jìn)而增強(qiáng)T細(xì)胞受體的聚集和信號(hào)傳遞，形成免疫突觸，發(fā)揮抗腫瘤作用。

上述研究表明，不論是腫瘤源性脂代謝產(chǎn)物的影響，抑或是微環(huán)境介導(dǎo)的T細(xì)胞脂代謝重編程，都會(huì)抑制其免疫功能發(fā)揮導(dǎo)致免疫逃逸。

1.3髓源性抑制細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）MDSCs來源于骨髓中的骨髓組細(xì)胞，當(dāng)腫瘤發(fā)生時(shí)，髓細(xì)胞異常分化為多形核MDSCs（PMN-MDSCs）和單形核MDSCs（M-MDSCs），并產(chǎn)生大量免疫抑制性細(xì)胞因子，抑制免疫功能正常發(fā)揮［22］。VEGLIA等［23］通過提取不同腫瘤荷瘤小鼠腫瘤組織中的PMN-MDSCs進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PMNMDSCs通過FA轉(zhuǎn)運(yùn)體FATP2介導(dǎo)脂質(zhì)蓄積，其高表達(dá)可加快CD8+T細(xì)胞丟失，促進(jìn)PMN-MDSCs的免疫抑制。此外，PMN-MDSCs還可通過其他FA轉(zhuǎn)運(yùn)體如CD36和脂肪因子Lipocalin2支持PMN-MDSCs的免疫抑制［24-25］。

1.4樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs）DCs是一類功能強(qiáng)大的抗原遞呈細(xì)胞，能有效激活初始T細(xì)胞啟動(dòng)免疫應(yīng)答［26］。研究表明，腫瘤相關(guān)DCs依賴FAO途徑獲取能量，并將其儲(chǔ)存在LDs中，LDs內(nèi)脂質(zhì)積累增加可導(dǎo)致DCs抗原呈遞功能障礙，進(jìn)而不能激活初始T細(xì)胞，最終降低機(jī)體抗腫瘤免疫應(yīng)答［27］。

1.5自然殺傷細(xì)胞（natural killer cells，NKs）NKs是機(jī)體重要的免疫細(xì)胞，活化的NKs分泌多種細(xì)胞因子，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用［28］。多項(xiàng)研究表明，NKs通過吸收FA并將其儲(chǔ)存在LDs中，在此過程中，參與FAO的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和酶的表達(dá)增加，并限制顆粒酶產(chǎn)生，從而導(dǎo)致NKs功能受限而無法正常發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用［29-31］。

2 靶向脂代謝重編程逆轉(zhuǎn)免疫抑制的治療

根據(jù)以上論述，TME中的脂代謝重編程能夠通過產(chǎn)生免疫抑制代謝物抑制免疫細(xì)胞發(fā)揮抗腫瘤免疫反應(yīng)，癌細(xì)胞的脂代謝失調(diào)又會(huì)進(jìn)一步影響細(xì)胞表面標(biāo)志物表達(dá)，從而干擾免疫監(jiān)視。目前已發(fā)現(xiàn)的與腫瘤免疫逃逸相關(guān)的脂代謝途徑包括環(huán)氧化酶2（cyclooxygenase2，COX2）和PGE2信號(hào)通路［32］。這些脂代謝途徑中的代謝弱點(diǎn)可被用來增強(qiáng)惡性腫瘤的免疫療法。

與在正常組織中持續(xù)表達(dá)的環(huán)氧合酶1（COX1）不同，COX2在許多惡性腫瘤中過度表達(dá)，并與TME中的免疫抑制和高水平PGE2的表達(dá)密切相關(guān)［33］?；诖?，靶向COX1、COX2和PGE2有助于逆轉(zhuǎn)惡性腫瘤的免疫抑制。DREW等［34］研究發(fā)現(xiàn)，阿司匹林（乙酰水楊酸）通過抑制上皮細(xì)胞COX2的表達(dá)阻斷AA向PGE2轉(zhuǎn)化，進(jìn)而發(fā)揮腫瘤抑制潛力。LI等［35］通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)選擇性COX2抑制劑塞來昔布與抗PD-1抗體聯(lián)用時(shí)，可增強(qiáng)抗腫瘤免疫治療的協(xié)同作用。此外，用于PGE2受體的選擇性抑制劑也在開發(fā)中。為評(píng)估非小細(xì)胞肺腺癌或微衛(wèi)星穩(wěn)定的結(jié)直腸癌患者使用PGE2受體4（EP4）拮抗劑Grapiprant或聯(lián)合PD-1抑制劑帕博利珠單抗注射液Keytruda的療效，該抑制劑正處于臨床前動(dòng)物模型試驗(yàn)階段［36-37］。

3 展望

免疫細(xì)胞代謝組學(xué)的興起揭示了不同代謝途徑對(duì)免疫細(xì)胞的影響。本文不僅討論了腫瘤來源的脂代謝產(chǎn)物對(duì)免疫細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育、增殖分化及免疫應(yīng)答的影響，亦闡述了局部微環(huán)境對(duì)免疫細(xì)胞脂代謝方式的改變。說明免疫細(xì)胞效用的發(fā)揮必須依賴于微環(huán)境中的代謝產(chǎn)物和環(huán)境傾向。不同代謝產(chǎn)物影響下的免疫細(xì)胞，其表面標(biāo)志物和分子表達(dá)往往不盡相同，因此抗原提呈能力及免疫應(yīng)答能力具有很大差異性。免疫細(xì)胞在不斷感應(yīng)外部刺激后，通過改變其代謝格局以滿足自身增殖需求和效應(yīng)功能的執(zhí)行，如M2型巨噬細(xì)胞、激活DC和Tm細(xì)胞依賴于FAO途徑，而M1型巨噬細(xì)胞、靜息DC和效應(yīng)T細(xì)胞則依賴于糖酵解途徑［38-40］，然而它們對(duì)不同代謝途徑選擇的原因尚無明確定論。

目前，靶向變異的脂代謝途徑逆轉(zhuǎn)免疫抑制已經(jīng)成為一種很有前景的抗癌策略，不論是針對(duì)腫瘤脂代謝重編程途徑中潛在的分子靶點(diǎn)所開發(fā)的抑制劑，還是將脂質(zhì)代謝藥物與免疫治療藥物聯(lián)合應(yīng)用的惡性腫瘤新療法，均為癌癥治療提供了新的治療概念。近年來針對(duì)脂代謝重編程調(diào)控免疫微環(huán)境的抗腫瘤基礎(chǔ)研究已初見成效，這些成果包括：靶向腫瘤脂代謝途徑以改變TME，靶向抑制性免疫細(xì)胞的代謝以逆轉(zhuǎn)其免疫抑制功能，以及靶向效應(yīng)細(xì)胞代謝以增強(qiáng)腫瘤殺傷力。然而，癌細(xì)胞的脂代謝是靈活多樣的，免疫細(xì)胞也存在異質(zhì)性，這些因素都限制了患者的臨床療效。因此，未來應(yīng)針對(duì)微環(huán)境中免疫細(xì)胞的代謝譜進(jìn)行積極探索，進(jìn)一步了解免疫細(xì)胞執(zhí)行免疫應(yīng)答功能的內(nèi)在機(jī)制，同時(shí)還可借助實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分離關(guān)鍵的細(xì)胞亞群，并從代謝依賴性的角度深入研究免疫細(xì)胞與癌細(xì)胞的相互聯(lián)系，以期找到更多癌癥免疫反應(yīng)的潛在代謝靶點(diǎn)。