腫瘤微環(huán)境中的免疫細胞代謝調(diào)控

魯楊，趙天銘，池哲勖，王迪

（浙江大學基礎(chǔ)醫(yī)學院，浙江 杭州 310058）

1 腫瘤與腫瘤微環(huán)境

癌癥作為一種復(fù)雜的疾病，源于多種遺傳和表觀遺傳學變化，嚴重威脅著人類生命健康。近20 年來，隨著對癌癥的深入研究，科學家發(fā)現(xiàn)腫瘤不只是由增殖失控的細胞組成的島狀團塊，而是由多種不同類型細胞構(gòu)成的復(fù)雜體系[1]，各類細胞間的相互作用很大程度上影響著腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移，并據(jù)此提出了“腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）”的概念。TME 是腫瘤細胞賴以生存的復(fù)雜環(huán)境，由腫瘤細胞、基質(zhì)細胞、成纖維細胞、浸潤的免疫細胞以及相應(yīng)細胞的分泌產(chǎn)物和細胞外基質(zhì)組成。其中，免疫細胞是塑造抑制性微環(huán)境的關(guān)鍵參與者。與在正常組織中相比，在TME 中，免疫細胞發(fā)揮著截然不同，甚至相反的功能。TME 呈現(xiàn)出的離子穩(wěn)態(tài)失衡、偏酸性、低氧、乳酸增加、葡萄糖濃度降低、營養(yǎng)競爭以及分泌組變化等特征，可導(dǎo)致免疫細胞的代謝重編程進而改變它們應(yīng)有的功能，以致表現(xiàn)出減弱的炎癥反應(yīng)或增強的抑制性功能，從而協(xié)助了腫瘤的免疫逃逸。因此，免疫細胞的代謝重編程是其功能轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，對于腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移的影響尤為關(guān)鍵。

1.1 腫瘤細胞代謝的特點

基因突變導(dǎo)致的腫瘤細胞代謝重編程是TME形成的關(guān)鍵因素，其最顯著的特點體現(xiàn)在“瓦伯格效應(yīng)”，即主要采取有氧糖酵解的方式供能。

在腫瘤細胞中瓦伯格效應(yīng)導(dǎo)致的代謝和功能的改變包括：1）葡萄糖攝入量上升，糖酵解通量顯著上調(diào)，微環(huán)境內(nèi)營養(yǎng)匱乏、乳酸堆積，丙酮酸進入線粒體減少，導(dǎo)致三羧酸循環(huán)途徑被抑制；2）脂代謝上調(diào)，為腫瘤細胞快速供能[2]；3）氨基酸代謝改變，包括谷氨酰胺（glutamine，Gln）、精氨酸、色氨酸在內(nèi)的多種氨基酸代謝途徑、產(chǎn)物或通量改變；4）合成代謝上調(diào)，包括核苷酸合成、非必需氨基酸合成、脂類合成和己糖胺合成在內(nèi)的各類合成代謝上調(diào)，消耗大量能量；5）戊糖磷酸途徑（pentose phosphate pathway，PPP）上調(diào)，維持細胞氧化還原穩(wěn)態(tài)，并下調(diào)了活性氧的生成[3]。

1.2 腫瘤微環(huán)境的特點

TME 由多種多樣的細胞與非細胞組分構(gòu)成，主要包括腫瘤細胞、腫瘤干細胞、內(nèi)皮細胞、周皮細胞、免疫細胞、腫瘤相關(guān)成纖維細胞、細胞外基質(zhì)和可溶性信號分子等，并且各種細胞的形態(tài)、功能都與在正常組織中有所不同[4]（見圖1）。

圖 1 腫瘤進展后期腫瘤微環(huán)境的組分及特征Figure 1 The composition and characteristics of tumor microenvironment in the late stage of tumor progression

TME 最大的特點在于組成成分的動態(tài)變化，該特點在腫瘤進展后期尤為顯著。在腫瘤形成初期，TME 是高促炎信號的免疫促進環(huán)境，免疫細胞趨向于表現(xiàn)為促炎表型；在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的過程中，TME 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈脱?、低pH、低葡萄糖濃度、高脂肪酸濃度、低氨基酸濃度、高腺苷濃度、高乳酸濃度的免疫抑制環(huán)境，免疫細胞趨向于表現(xiàn)為抑制性表型。不同于機體內(nèi)部的其他微環(huán)境，TME 變化主要由腫瘤細胞主導(dǎo)而非機體本身，很大程度上脫離機體控制。在這種復(fù)雜的、動態(tài)的、不可控的微環(huán)境中，各類非腫瘤細胞發(fā)揮的功能也是復(fù)雜的、動態(tài)的，例如其中的免疫細胞會分化為不同表型、不同代謝特征以及不同功能的亞群，分別起到抗腫瘤或促腫瘤的作用，并通過其自身代謝進一步改變TME，形成復(fù)雜精密的、相互影響的作用網(wǎng)絡(luò)[5]。

2 腫瘤微環(huán)境中的巨噬細胞

巨噬細胞是TME 的重要組成成分，在一些實體瘤中，巨噬細胞在TME 中所占的質(zhì)量甚至超過50%[6]。

巨噬細胞通常根據(jù)其不同的表面分子表達、分泌譜和功能被分為促炎的M1 型巨噬細胞和抗炎的M2 型巨噬細胞。但值得注意的是，巨噬細胞真正的分型遠比M1 和M2 二元分類更為復(fù)雜，M1 和M2 型僅是巨噬細胞體外極化的極端情況，實際上，它們之間的分界是模糊的，存在著更多的過渡亞型[7]。因此在TME 中，將它們稱為“類M1 型腫瘤相關(guān)巨噬細胞”和“類M2 型腫瘤相關(guān)巨噬細胞”是更準確的說法[8]（見圖2）。在腫瘤發(fā)展的不同時期，由于TME 的動態(tài)變化，這2 種類型的巨噬細胞按不同的比例共存。已有大量的研究表明，在腫瘤發(fā)生前期，更多的巨噬細胞表現(xiàn)為促炎抗癌的類M1型，其后在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的過程中過渡到以抗炎促癌的類M2 型巨噬細胞為主[9]。

圖 2 腫瘤增殖過程中巨噬細胞的主要極化趨勢Figure 2 Major polarization trends of macrophages during tumor proliferation

2.1 類M1 型巨噬細胞

在腫瘤發(fā)生早期，TME 中的促炎因子如干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和脂多糖，會誘導(dǎo)巨噬細胞向類M1 表型極化。類M1 型巨噬細胞的主要作用在于分泌出大量的炎癥因子殺傷腫瘤細胞[10]，包括活性氧（reactive oxygen species，ROS）、白細胞介素（interleukin，IL）（IL-1β，IL-6，IL-12，IL-23）、TNF-α 和NO 等，其中ROS 對于巨噬細胞的吞噬活性以及向T 細胞呈遞抗原至關(guān)重要。一方面為了維持有效的促炎功能，另一方面為了與腫瘤細胞競爭營養(yǎng)，類M1 型巨噬細胞呈現(xiàn)出與腫瘤相似的“類瓦伯格型代謝”[11]。

類M1 型巨噬細胞攝入大量的葡萄糖進行糖酵解，目的在于上調(diào)合成代謝并為之提供底物、迅速供能，但代價在于葡萄糖利用效率的下降和葡萄糖消耗的增加。同時，糖酵解上調(diào)PPP，合成更多的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）用于保護自身免受ROS 損傷。在體外系統(tǒng)中，抑制類M1 型巨噬細胞的糖酵解通路可以使其恢復(fù)為未分化狀態(tài)，并在去除抑制劑后重新恢復(fù)類M1 表型，這進一步證實了糖酵解通路在巨噬細胞極化調(diào)控中的核心地位[12]。類M1 型巨噬細胞為了維持吞噬活性，線粒體代謝由主要合成ATP 轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕铣蒖OS。其三羧酸循環(huán)中的關(guān)鍵酶（丙酮酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶等）受到抑制，發(fā)生多處中斷，造成了代謝產(chǎn)物（檸檬酸和琥珀酸等）的積累[13]。琥珀酸一方面通過抑制脯氨酸羥化酶活性，穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α），促進糖酵解；另一方面增強ROS 的生成[14]。

此外，類M1 型巨噬細胞下調(diào)脂肪酸氧化通路、促進脂肪酸的從頭合成，以響應(yīng)對細胞炎癥因子生物合成的需求[15]。脂多糖刺激Toll 樣受體4 后，巨噬細胞上調(diào)了脂肪酸的從頭合成途徑：葡萄糖氧化生成檸檬酸，檸檬酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，乙酰輔酶A與NADPH（來自于同樣上調(diào)的PPP）共同作為底物合成脂肪酸。

在氨基酸代謝方面，精氨酸代謝通路的改變最為顯著。類M1 型巨噬細胞中，主要通過一氧化氮合酶代謝精氨酸產(chǎn)生NO 和瓜氨酸，其中NO 是其殺傷腫瘤細胞的重要效應(yīng)因子[16]。

2.2 類M2 型巨噬細胞

在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的過程中，TME 中的IL-4，IL-10，IL-13 誘導(dǎo)巨噬細胞向類M2 表型極化[17]。類M2 型巨噬細胞在TME 的影響下，表達中等水平的主要組織相容性復(fù)合體和IL-12，表達大量的IL-10、甘露糖受體、精氨酸酶1（arginase-1，Arg1）等抗炎細胞因子，促進免疫抑制、血管生成、腫瘤細胞外滲和轉(zhuǎn)移[10]。

類M2 型巨噬細胞也需要一定水平的糖酵解，為細胞因子的合成提供底物和快速供能，但相比之下，其糖酵解水平顯著低于類M1 型巨噬細胞。它主要以氧化磷酸化途徑供能，內(nèi)部線粒體數(shù)量多，耗氧率上升，其三羧酸循環(huán)高度依賴Gln 的攝入。

類M2 型巨噬細胞通過CD36 攝取脂質(zhì)，并隨后通過溶酶體酸性脂肪酶對其進行脂解，這對其氧化磷酸化水平的升高、剩余呼吸能力的增強、存活時間的延長以及維持M2 表型至關(guān)重要[15]。

在氨基酸代謝方面，類M2 型巨噬細胞展現(xiàn)出與類M1 型巨噬細胞相反的策略。高表達的Arg1 使其精氨酸代謝為鳥氨酸和尿素，促進腫瘤細胞增殖；高表達的吲哚-2，3-雙加氧酶將色氨酸代謝為甲酰犬尿氨酸，抑制巨噬細胞對于T 細胞的激活效應(yīng)[16]。

2.3 誘導(dǎo)類M1 型巨噬細胞與類M2 型巨噬細胞比例變化的因素

在免疫反應(yīng)初期，M1 型巨噬細胞主要起到清除病原體和抗原呈遞的促炎作用。在免疫反應(yīng)后期，M2 型巨噬細胞主要起到促進免疫抑制和輔助組織再生的抑炎作用。在一般炎癥的情況下，M1 型巨噬細胞和M2 型巨噬細胞間的比例變化有利于維持炎癥和再生之間的平衡。但在TME 中，相關(guān)的信號分子和代謝物濃度變化誘導(dǎo)巨噬細胞以呈類M2表型為主，從而促進免疫逃逸和腫瘤轉(zhuǎn)移。

TME 中營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏和高濃度的乳酸是誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細胞呈類M2 表型的關(guān)鍵因素[18]。葡萄糖的缺乏迫使巨噬細胞采取更高效的氧化磷酸化途徑供能，糖酵解途徑受到抑制。乳酸通過HIF-1α介導(dǎo)的信號通路誘導(dǎo)巨噬細胞高表達Arg1 和血管內(nèi)皮生長因子，使其呈現(xiàn)類M2 表型[19]。

此外，缺氧環(huán)境也是TME 中巨噬細胞的招募和極化為類M2 型的關(guān)鍵因素[20]。缺氧組織分泌高濃度的趨化因子、HIF-1/2 和內(nèi)皮素2 招募巨噬細胞[21]。內(nèi)源性危險信號和高遷移率族蛋白1（high mobility group box 1，HMGB1）是最常與缺氧誘導(dǎo)巨噬細胞M2 型極化相關(guān)的信號分子，其中HMGB1已被證實在多種腫瘤中過表達。誘導(dǎo)機制可能在于HMGB1 通過晚期糖基化終末產(chǎn)物受體依賴的信號通路誘導(dǎo)類M2 型巨噬細胞表達IL-10[22]。

綜上，一方面來說，在腫瘤發(fā)生初期，免疫抑制的微環(huán)境還未完全形成，更多的巨噬細胞表現(xiàn)為促炎抗癌的類M1 型；隨后在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的過程中，由于微環(huán)境中腫瘤細胞主導(dǎo)的營養(yǎng)物質(zhì)濃度的下降、乳酸濃度的升高、缺氧環(huán)境的形成、pH 的下降以及各類抑炎因子的釋放，巨噬細胞主要呈抗炎促癌的類M2 型。從另一方面而言，腫瘤相關(guān)的巨噬細胞呈現(xiàn)出類M2 表型也是巨噬細胞適應(yīng)TME的結(jié)果。

3 自然殺傷細胞

自然殺傷細胞（natural killer cell，NK cell）是TME 中另一種重要的天然免疫細胞，其活性是由激活信號和抑制信號之間的平衡驅(qū)動的，因此它們能夠發(fā)揮抗腫瘤的功能而無需預(yù)先敏感化[23]。在炎癥的情況下，NK 細胞糖酵解通路上調(diào)，支持其非特異性識別靶細胞，并分泌穿孔素、NK 細胞毒因子和TNF 等殺傷介質(zhì)。在TME 中，腫瘤細胞和其他細胞會分泌包括IL-6，IL-10，以及轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和前列腺素E2 在內(nèi)的NK 細胞抑制因子[24]，以抑制其腫瘤殺傷活性。

TME 中過量積累的腫瘤細胞代謝物會抑制NK細胞的活性。細胞外腺苷濃度在腫瘤缺氧的情況下上升，抑制NK 細胞的氧化磷酸化和糖酵解能力，破壞IL-12 和IL-15 刺激的NK 細胞的代謝途徑[25]；細胞外高濃度的乳酸會被NK 細胞攝取，導(dǎo)致細胞內(nèi)pH 和ATP 濃度下降，能量代謝受損，進而導(dǎo)致NK 細胞活性下降、凋亡增加[26]。

此外，TME 中營養(yǎng)的缺乏也會抑制NK 細胞活性。NK 細胞需要攝入大量葡萄糖進行糖酵解，為合成炎癥細胞因子及其他合成代謝途徑快速提供能量和底物，這是其發(fā)揮腫瘤殺傷毒性的基礎(chǔ)。葡萄糖缺乏的TME 在很大程度上會抑制NK 細胞的糖酵解途徑[27]。氨基酸是除葡萄糖外的另一種重要能源物質(zhì)，TME 中氨基酸的缺乏也會抑制NK 細胞的活性。另外，精氨酸、亮氨酸和Gln 水平還會影響NK 細胞的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[28]。值得注意的是，TME 中其他細胞代謝氨基酸導(dǎo)致的一些代謝產(chǎn)物的積累——如精氨酸分解產(chǎn)生的NO[29]和色氨酸分解產(chǎn)生的犬尿酸[30]——已被證實會通過不同途徑抑制NK 細胞活性。

最后，TME 缺氧的特性會抑制NK 細胞活性。在缺氧的環(huán)境下，NK 細胞通過HIF 家族調(diào)控多種基因表達，導(dǎo)致合成代謝途徑相關(guān)的大量基因失調(diào)[31]。此外，缺氧還會導(dǎo)致自噬降解NK 細胞來源的顆粒酶B，促進腫瘤免疫逃逸[32]。

綜上，TME 通過多種途徑使得NK 細胞代謝途徑改變，進而造成NK 細胞殺傷毒性顯著下降。

4 T 細胞

T 細胞是機體抗腫瘤免疫系統(tǒng)中的關(guān)鍵角色之一，在TME 中發(fā)揮著復(fù)雜多變的作用。根據(jù)表面抗原不同，初始CD4+T 細胞可分化為輔助性T 細胞（helper T cell，Th）和調(diào)節(jié)性T 細胞（regulatory T cell，Treg），而初始CD8+T 細胞分化為細胞毒性T細胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），對TME 中的細胞、分子等刺激做出響應(yīng)。記憶T 細胞（memory T cell，Tm）可由初始T 細胞或上述3 種T 細胞亞群分化而來，可以對相同抗原做出快速的二次免疫反應(yīng)。Th 的不同亞群通過分泌多種細胞因子，調(diào)節(jié)CTL 和巨噬細胞等的免疫功能；Treg 通過直接接觸抑制或分泌抑制性細胞因子的方式，降低免疫應(yīng)答；CTL 主要通過分泌穿孔素、顆粒酶等物質(zhì)殺傷靶細胞，或表達凋亡相關(guān)因子配體、分泌TNF-α 與靶細胞表面受體結(jié)合，誘導(dǎo)靶細胞凋亡。

4.1 抗腫瘤的效應(yīng)T 細胞在腫瘤微環(huán)境中功能受到抑制

活化的效應(yīng)T 細胞（T-effector，Teff）與腫瘤細胞相似，糖酵解能力較強。由于腫瘤細胞糖酵解能力較強以及血管營養(yǎng)物質(zhì)交換不良，TME 常出現(xiàn)葡萄糖耗竭或低糖的情況，使細胞間存在葡萄糖競爭壓力，而產(chǎn)生一系列負面結(jié)果：T 細胞活化及產(chǎn)生效應(yīng)因子的能力受到抑制，從而細胞凋亡的敏感性增加，進而導(dǎo)致T 細胞衰竭，最終造成某些情況下腫瘤的免疫逃逸。此外，腫瘤細胞快速糖酵解還會間接地通過影響其他免疫細胞來抑制Teff 的功能，如腫瘤細胞有氧糖酵解增強會導(dǎo)致粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子以及粒細胞集落刺激因子表達升高，促進髓系來源抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）的增殖，進一步抑制T 細胞功能，增強腫瘤免疫抑制[33]。T 細胞糖酵解過程中的中間產(chǎn)物可能對于免疫功能具有一定的調(diào)節(jié)作用，因此在低糖情況下糖酵解的抑制導(dǎo)致T 細胞免疫功能的降低。例如，作為糖酵解中間產(chǎn)物的磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate，PEP）能維持T細胞受體介導(dǎo)的Ca2+-活化T細胞核因子信號通路，在細胞中過表達磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1 可實現(xiàn)腫瘤特異的CD4+和CD8+T 細胞代謝重編程，通過糖異生增加PEP 的產(chǎn)生，增強Teff 殺傷作用，在小鼠體內(nèi)實驗中也表現(xiàn)出限制黑色素瘤生長、延長生存時間的結(jié)果[33]。

腫瘤細胞較強的糖酵解活性導(dǎo)致乳酸大量積累，可高達正常情況下的40 倍，因此TME 的重要特征之一為酸性，其pH 可達5.85。乳酸能夠抑制T 細胞的增殖和IFN-γ 的產(chǎn)生，降低Teff 對腫瘤的殺傷能力。免疫檢查點T 細胞活化V 結(jié)構(gòu)域免疫球蛋白抑制因子（V-domain Ig suppressor of T cell activation，VISTA）在pH6.0 的弱酸性條件下選擇性結(jié)合P-選擇素糖蛋白配體1，參與抑制T細胞功能。在小鼠體內(nèi)實驗中，相較于非pH 選擇性抗體，酸性pH 選擇性VISTA 阻斷抗體在靶向性、持久性上都表現(xiàn)出優(yōu)勢。這提示了TME 的pH 也可能影響免疫應(yīng)答，可能作為治療的切入點[34]。從細胞內(nèi)乳酸含量考慮，靶向轉(zhuǎn)運乳酸的單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1/4 可能實現(xiàn)雙重調(diào)節(jié)效果，即既能導(dǎo)致腫瘤細胞內(nèi)乳酸積累量和糖酵解水平降低，使腫瘤細胞死亡，又可以避免乳酸抑制T 細胞，促進T 細胞IL-2 和IFN-γ的分泌。然而，已有研究證明抑制可催化乳酸生成的乳酸脫氫酶會限制T 細胞的增殖和IFN-γ 的合成[35]。因此，若從調(diào)節(jié)乳酸水平的角度考慮治療，不能忽視乳酸的存在對于抗腫瘤免疫的必要性。

TME 代謝改變的常見特征還有脂質(zhì)的積累。免疫細胞內(nèi)脂滴積累、脂肪酸氧化增強，往往傾向表現(xiàn)為免疫抑制。微環(huán)境中的膽固醇會誘導(dǎo)CD8+T 細胞表達免疫檢查點程序性死亡受體1（programmed cell death protein 1，PD-1）等，導(dǎo)致腫瘤內(nèi)T 細胞衰竭[35]；CD8+T 細胞上調(diào)CD36 的表達，而CD36能介導(dǎo)脂肪酸的攝取，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化和鐵死亡，減少了其毒性細胞因子的產(chǎn)生。因此靶向CD36 或鐵離子可有效恢復(fù)CD8+T 細胞的抗腫瘤活性，過表達谷胱甘肽過氧化物酶4 可消除脂質(zhì)過氧化，恢復(fù)CD8+T 功能[36-37]。

已有許多研究試圖闡明淋巴細胞氨基酸代謝及與免疫功能之間的聯(lián)系。在Gln 代謝方面，腫瘤細胞與促腫瘤的類M2 型的巨噬細胞及MDSC 一樣具有依賴性，抗腫瘤的類M1 型巨噬細胞則相反。雖然在這點上Teff 與腫瘤細胞相似，即活化的Teff 需增強Gln 代謝來提供生長所需的中間產(chǎn)物[33]，但二者的代謝可塑性上依舊存在差異[38]。近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其他種類氨基酸在T 細胞免疫功能中的作用，如精氨酸是T 細胞存活及發(fā)揮抗腫瘤活性所必需的氨基酸，較高濃度的精氨酸有利于T 細胞大量增殖，并傾向于使初始CD4+細胞分化為記憶T 細胞而非Th 細胞，且對于CD4+和CD8+Teff 的存活有利[39]；絲氨酸代謝產(chǎn)生的甘氨酸和一碳單位可用于核苷酸合成，對Teff 細胞的擴增非常重要。腫瘤細胞的高速代謝耗盡TME 中的氨基酸，這可能是腫瘤降低T細胞功能、逃避免疫反應(yīng)的一種方式。

TME 中其他細胞的表面分子對于T 細胞的重要營養(yǎng)物質(zhì)代謝存在調(diào)節(jié)作用。近年來，免疫檢查點是腫瘤相關(guān)研究熱點之一，涉及PD-1 和細胞毒性T細胞相關(guān)蛋白4（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4）等，主要通過影響T 細胞抗原受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和T 細胞共刺激激活發(fā)揮作用。上述分子還具有代謝調(diào)節(jié)作用，如抑制免疫細胞糖酵解，同時增強脂解作用和脂肪酸氧化。T 細胞表面表達PD-1，其配體PD-L1 在腫瘤細胞和MDSC 表面表達，PD-1 和PD-L1 的結(jié)合可導(dǎo)致T 細胞衰竭而無法對腫瘤細胞有效殺傷。據(jù)研究，PD-L1 可能通過膽堿激酶α、環(huán)氧化酶2 和TGF-β 的介導(dǎo)，調(diào)控代謝重編程[40]。CTLA-4 在Treg 表面表達，其水平在T 細胞活化后上調(diào)，并起到抑制Teff 免疫應(yīng)答的作用。使用免疫檢查點抑制劑阻斷這些途徑，能部分恢復(fù)糖酵解和有利的合成代謝，如IFN-γ 的合成分泌等，從而減弱腫瘤浸潤性淋巴細胞的免疫抑制效應(yīng)。但免疫檢查點抑制劑對于其他細胞可能也具有影響，例如使髓系細胞代謝發(fā)生變化，對這些方面進行進一步研究可能會推生新的治療手段[41]。值得注意的是，免疫檢查點抑制方法治療腫瘤的效果還與腫瘤的代謝類型相關(guān)。

除了腫瘤細胞的代謝產(chǎn)物，TME 中其他免疫抑制細胞分泌的代謝產(chǎn)物或抑制性因子對于T 細胞的影響也非常重要。例如，MDSC 中氨基脲敏感氨氧化酶催化產(chǎn)生二羰基甲基乙二醛并在細胞中積累，促進MDSC 本身糖酵解水平降低，即MDSC 的代謝休眠特征。MDSC 與T 細胞接觸后二羰基甲基乙二醛進入T 細胞，與L-精氨酸反應(yīng)，導(dǎo)致T 細胞活化所需的L-精氨酸選擇性耗盡，T 細胞免疫功能受到抑制。在小鼠癌癥模型中，降低該物質(zhì)水平可解除這種免疫抑制效應(yīng)[42]。

4.2 免疫抑制性的調(diào)節(jié)性T 細胞在腫瘤微環(huán)境中具有代謝優(yōu)勢

通常所稱Treg 是CD4，CD25 和叉頭框蛋白P3（forkhead box P3，F(xiàn)oxp3）陽性的T 細胞。Treg 細胞與Teff 不同，主要依賴三羧酸循環(huán)偶聯(lián)的氧化磷酸化、脂肪酸氧化來支持其生存和分化。此外，激活A(yù)MP 活化蛋白激酶信號、增強mTOR 復(fù)合體Ⅰ活性所驅(qū)動的分解代謝也可能是其代謝特征[33]。

Foxp3 不僅能作為研究中區(qū)分Treg 的特征標志，更是一種代謝相關(guān)的重要轉(zhuǎn)錄因子。TME 中的低糖環(huán)境能誘導(dǎo)Foxp3 表達，使T 細胞具有向Treg 分化的傾向[33]。Foxp3 表達能夠下調(diào)Myc 和糖酵解水平，上調(diào)電子傳遞鏈復(fù)合物的表達，增強氧化磷酸化和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化，使Treg 具有與其他T 細胞不同的代謝特征，在低葡萄糖、高乳酸的環(huán)境中具有代謝優(yōu)勢，協(xié)助腫瘤的免疫逃逸[43]。因此，探索抑制腫瘤發(fā)展的新方法時，還可以考慮靶向Treg 與Teff 不同的氧化代謝特征，并盡可能避免削弱其他免疫細胞正常功能。

Treg 氧化磷酸化作用較強，對于腫瘤微環(huán)境中的游離氧濃度較敏感，其原因為核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2 相關(guān)的抗氧化系統(tǒng)較為薄弱，更容易在氧化應(yīng)激時發(fā)生凋亡。Treg 凋亡時將大量ATP 轉(zhuǎn)化為腺苷并釋放，與抗原呈遞細胞、Teff 上的受體結(jié)合，維持、放大了其免疫抑制能力[44]。

Treg 對TME 中多種物質(zhì)的依賴性都呈現(xiàn)與Teff 相反的傾向，如上文提到的抑制Teff 的乳酸或脂質(zhì)的積累，反而相對有利于Treg 的存活和功能。Treg 具有很強的氧化外源性乳酸的能力，并由此提高了自身在TME 中的存活率。在小鼠中敲除乳酸相關(guān)信號通路抑制了Treg 的產(chǎn)生，并降低了IL-10 水平[33]。因此靶向乳酸相關(guān)受體或通路是一種具有潛力的治療策略。轉(zhuǎn)運脂質(zhì)的CD36 在Treg 中也上調(diào)，但此時其作為一種有利于Treg 存活的中心代謝調(diào)節(jié)劑，促進重編程使Treg 更適應(yīng)富含乳酸的環(huán)境[45]。雖然腫瘤細胞依賴Gln 代謝，但Teff 也需Gln，若環(huán)境中沒有Gln 則會改變Th1 的分化傾向，誘導(dǎo)初始CD4+T 細胞轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谀[瘤發(fā)展的Treg 表型。在T 細胞中敲除Gln 轉(zhuǎn)運蛋白ASCT2 會使Th1 和Th17 功能受損，而Treg 不受影響。盡管有很多問題亟待解決，但近年在腫瘤細胞、抗腫瘤或促腫瘤的免疫細胞對Gln 不同依賴性的研究上有一定進展[33]，這個角度依然具有潛在的治療腫瘤的可能性。

綜上可知，具有抗腫瘤作用的Teff 細胞與腫瘤細胞的代謝有許多相似之處，免疫抑制性的Treg 細胞在TME 中具有代謝上的生存優(yōu)勢。因此，治療腫瘤的重點就在于進一步研究找出Teff 與腫瘤細胞相似的代謝中的關(guān)鍵差異，或者尋找對Teff 和Treg具有反向調(diào)節(jié)作用的代謝途徑，以此作為切入點將有助于探索新的代謝療法，從而有效且特異性削弱腫瘤細胞生存能力、抑制Treg 的免疫抑制活性，同時避免抑制Teff 對腫瘤的殺傷作用，進而達到最佳的抗腫瘤效果。

5 B 細胞

與巨噬細胞和T 細胞相比，目前對B 細胞能量物質(zhì)代謝的研究尚不充分，但B 細胞在免疫系統(tǒng)中承擔著重要作用，主要通過產(chǎn)生、分泌抗體這一關(guān)鍵免疫活性物質(zhì)來發(fā)揮功能。B 細胞在發(fā)育成熟、增殖分化過程中，具有抗體類型轉(zhuǎn)換的獨特過程，這意味著具有不同的代謝需求。B 細胞不同亞群的代謝也存在差異，這些代謝特征及其與TME的關(guān)系和對細胞可能的調(diào)控作用值得進一步研究。此外，B 細胞的重要性也體現(xiàn)在其對于TME 的改變能力，包括參與三級淋巴結(jié)構(gòu)（tertiary lymphoid structure，TLS）的形成以及抗體的分泌等，對于抗腫瘤都具有重要作用。

5.1 B 細胞的產(chǎn)生、分化及其本身代謝特征

B 細胞根據(jù)微環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)濃度、細胞內(nèi)利用營養(yǎng)物質(zhì)的能力來調(diào)整生物合成及增殖的速度。當B 細胞遇到抗原時啟動生發(fā)中心（germinal center，GC）反應(yīng)，進一步為后續(xù)過程提供獨特的微環(huán)境。B 細胞在GC 暗區(qū)（B 細胞大量增殖）和亮區(qū)（B 細胞與其他細胞協(xié)作）間循環(huán)，最終產(chǎn)生記憶B 細胞和漿細胞。在這個過程中，微環(huán)境中的營養(yǎng)、氧氣濃度、pH 和溫度等都可能影響B(tài) 細胞的信號和代謝[46]，進而影響B(tài) 細胞亞群的組成。

激活的B 細胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運上調(diào)，三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化水平均升高。葡萄糖被大量用于PPP 來產(chǎn)生NADPH 及核糖-5-磷酸，支持抗體等物質(zhì)的生物合成[47]。B 細胞中氨基酸消耗以及丙氨酸、谷氨酸的產(chǎn)生增加。而新合成的Ig 折疊一般需形成二硫鍵，會產(chǎn)生大量ROS，從而導(dǎo)致氧化應(yīng)激增加、維持氧化還原平衡的蛋白表達上調(diào)[48]。

在TLS 中，抗腫瘤的B 細胞亞群通過抗原呈遞和分子刺激激活T 細胞成為Teff 和Th；Th 反過來又通過細胞因子和配體支持B 細胞的激活，從而促進B 細胞向記憶和漿細胞分化。B 細胞作為一個高度異質(zhì)性的細胞群體，其代謝也相應(yīng)更為復(fù)雜，例如，分泌不同型Ig 的漿細胞的糖酵解和線粒體呼吸水平存在差異，對氧氣水平等的適應(yīng)性也不同[49]。B 細胞亞群的代謝調(diào)控依賴于各自特定的代謝調(diào)節(jié)劑，現(xiàn)階段對各亞群在TME 中代謝特征的研究還遠不夠充足。

5.2 B 細胞在腫瘤微環(huán)境中的作用及代謝相關(guān)的功能變化

長期以來研究腫瘤發(fā)生發(fā)展及免疫治療時更多關(guān)注各種T 細胞的功能，B 細胞及相關(guān)結(jié)構(gòu)的重要作用直到最近才逐漸被重視，其具體作用及機制也尚未完全清晰。TLS 是在腫瘤發(fā)生過程中在非淋巴組織處形成的不同成熟狀態(tài)的異位淋巴器官，最高等級的TLS 可以形成GC 結(jié)構(gòu)?？茖W家發(fā)現(xiàn)基于增加T 細胞激活原理的免疫檢查點阻斷（immune checkpoint blockade，ICB）療法的臨床治療效果也與B 細胞及TLS 密切相關(guān)：在新輔助ICB 治療黑色素瘤患者的案例分析中發(fā)現(xiàn)，對治療有應(yīng)答和無應(yīng)答的患者腫瘤中表達差異最大的基因是B 細胞標志物，應(yīng)答者中B 細胞和TLS 密度、TLS 與腫瘤面積比例均高于無應(yīng)答者。結(jié)合其他分析表明B 細胞及TLS 在ICB 治療中可能具有重要的潛在作用[49]。

B 細胞中的抑制性亞群調(diào)節(jié)性B細胞（regulatory B cell，Breg），被認為是一種來源于不同發(fā)育階段B 細胞、基于不同環(huán)境刺激而產(chǎn)生的異質(zhì)性細胞群。Breg 能表達分泌炎癥抑制性配體或細胞因子，如IL-10，IL-35，TGF-β 和淋巴毒素等，通過進一步改變TME 從而抑制CTL 和NK 細胞等的抗腫瘤作用，同時誘導(dǎo)初始CD4+T 細胞轉(zhuǎn)化為免疫抑制性的Treg[50]，調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)巨噬細胞和MDSC 的活性，并直接促進腫瘤血管生成來促進腫瘤的發(fā)展[51]。最新研究發(fā)現(xiàn)，B 細胞還能產(chǎn)生和分泌γ-氨基丁酸，促進巨噬細胞極化為抗炎促瘤的類M2 型，抑制T細胞抗腫瘤功能[52]。

B 細胞中的代謝調(diào)節(jié)因子，如Myc，HIF-1α，mTOR 和糖原合成酶激酶3（glycogen synthase kinase 3, GSK3）等，不僅參與生物合成，還參與調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。如微環(huán)境的缺氧條件會改變B 細胞的功能，除減少增殖、增加死亡之外，缺氧還可以通過抑制脯氨酸羥基雙加氧酶的活性來誘導(dǎo)HIF，進而促進代謝重編程、生長因子基因表達，同時抑制抗體轉(zhuǎn)換為促炎型[53]。細胞通過阻礙mTORC1 信號傳導(dǎo)來響應(yīng)代謝壓力，抑制mTORC1 可提高葡萄糖缺乏時細胞的生存率。GSK3 缺陷的B 細胞在環(huán)境中缺乏葡萄糖時生存率降低，產(chǎn)生更高水平的ROS[54-55]。這可能解釋了限制葡萄糖對B 細胞活化、增殖或分化的影響較小這一結(jié)果。值得注意的是，限制Gln 水平顯著抑制了B 細胞的生長和分化[55]，因此若靶向腫瘤細胞對Gln 依賴這一特點嘗試治療腫瘤，需要進一步思考和研究。

研究發(fā)現(xiàn)，TME 中一些腫瘤相關(guān)炎癥因子的存在是Breg 擴增及發(fā)揮功能的前提， IL-1β，IL-6 和IL-21 等促炎因子或低氧水平能夠參與到B 細胞誘導(dǎo)分化成為Breg 的過程中[56]。盡管TME 中細胞代謝產(chǎn)物對Breg 的影響尚未被充分探索，但已有研究表明，腸道微生物代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸對Breg 功能有影響，如丁酸鹽能促進Breg 的免疫抑制功能[54]，這可能在腸道腫瘤中尤其值得探索；另外，脂肪組織中的環(huán)境因子游離脂肪酸能支持Breg 細胞的功能[57]。這些提示著TME 中可能也存在代謝產(chǎn)物能夠調(diào)節(jié)Breg 的功能。值得一提的是，Breg 或許可以視為一種短暫的效應(yīng)細胞，即其仍具有進一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生抗體的漿細胞的潛能，如何從代謝改變的角度理解這一過程或許可以作為治療腫瘤的思路之一。

總而言之，B 細胞在腫瘤的發(fā)生發(fā)展及機體的抗腫瘤免疫調(diào)節(jié)中都具有不可忽視的重要作用，從其免疫代謝調(diào)節(jié)角度考慮也具有不少有潛力的治療切入點，這些都值得投入更多精力進行研究。另外，B 細胞腫瘤的代謝特征也是一個值得關(guān)注、極具價值的議題，在此不再展開論述。

6 總結(jié)與展望

TME 是變化的、復(fù)雜多元的，總體上呈現(xiàn)一種免疫抑制的微環(huán)境。免疫細胞進入TME 后，針對這種微環(huán)境會產(chǎn)生一系列代謝變化，常表現(xiàn)為免疫活性抑制、促進腫瘤發(fā)生發(fā)展的特點。基于這些特點，通過調(diào)控腫瘤代謝和免疫代謝的平衡，提高腫瘤內(nèi)的免疫細胞功能可能為腫瘤免疫治療開辟一個新的方向。傳統(tǒng)的治療方法往往只關(guān)注于抑制腫瘤細胞代謝，而新興的重編程免疫細胞療法已取得了新的進展，旨在通過改變免疫細胞的代謝途徑提升其抗腫瘤能力，包括誘導(dǎo)巨噬細胞極化、抑制巨噬細胞募集、上調(diào)T 細胞糖酵解關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列免疫代謝療法。例如針對巨噬細胞表面C-C 趨化因子受體2、C-C 趨化因子受體5、血管內(nèi)皮生長因子受體、集落刺激因子1 受體等分子的拮抗劑已被證明能夠有效降低腫瘤組織中巨噬細胞的浸潤，進而減輕腫瘤負擔[58]。

當然，在TME 中不僅有上文所述的巨噬細胞、T 細胞等4 種免疫細胞，還有其他多種重要的免疫細胞發(fā)揮抗腫瘤或促腫瘤的不同功能，如樹突狀細胞、髓系來源的抑制性細胞、中性粒細胞等，都受到復(fù)雜的代謝調(diào)控，有許多文獻對此做出過總結(jié)論述。本文對在抗腫瘤免疫中具有主要功能的巨噬細胞、T 細胞，以及近年再次看到其重要性和治療切入點的NK 細胞、B 細胞做出總結(jié)論述，希望能夠展現(xiàn)出TME 中免疫代謝調(diào)控藍圖中的一部分，并對基于代謝角度的腫瘤免疫治療提供一些可能的思考基礎(chǔ)和啟發(fā)。

總而言之，TME 對于這4 種免疫細胞的影響是復(fù)雜且多向的，目前距離看到其完整面貌還有很多有價值的領(lǐng)域等待探索?；谶@方面的免疫療法需要綜合考慮到對于腫瘤細胞本身，以及對各種細胞亞群的影響，盡管這存在一定難度，但這種免疫療法的研究無疑具有廣闊的前景。