【论肿道麻】靶向免疫细胞的脂质代谢：一种针对肿瘤微环境应激源的潜在肿瘤治疗策略

近年来肿瘤微环境  （TME）  已成为一项主要的研究热点。TME与正常细胞外环境中的营养供给、pH、氧含量、代谢物等不同，TME的变化可能促进肿瘤细胞的发生、增殖、侵袭转移，并导致肿瘤浸润免疫细胞的功能失衡。随着肿瘤的进展，营养物质缺乏，肿瘤细胞随之改变自身的代谢方式以维持生长。研究发现免疫细胞同样也进行  着  代谢重塑过程。  2  022  年9月《Frontiers   in immunology  》杂志上发表了一篇名为《  Targeting lipid metabolism reprogramming of immunocytes in response to the tumor microenvironment stressor: A potential approach for tumor therapy  》的综述。作者  着重阐述肿瘤微环境中的免疫细胞脂质代谢重塑，  以  及其中涉及到的关键分子、通路和基因。此外，对于缺氧如何促进免疫细胞的脂质代谢也进行  了  阐述。

据估计  2020年世界范围内新发肿瘤约为193万例，100万肿瘤死亡病例。预计2040年为止肿瘤的新发病例将增长至284万例，随着全球化经济增长带来的危险因素的增加，肿瘤发病率可能继续增加。肿瘤微环境包含各种细胞及非细胞成分，已成为肿瘤研究的热点。目前肿瘤微环境的一般特征被认为是缺氧、低营养水平和低pH。大量的研究发现肿瘤微环境与肿瘤的发生、进展、侵袭、转移、复发及免疫浸润相关。肿瘤细胞不仅汲取周围的营养，其自身也分泌特异性效应调节因子促进自身的生长。免疫细胞是肿瘤活动的重要调控因子，由于微环境的改变，其自身也通过改变代谢方式来维持生存。

脂质一般被认为是一种替代能量物质，存储于肿瘤微环境中，研究发现脂质也参与生物膜的合成，为生物大分子的合成提供底物，并激活与细胞活动相关的信号通路。因此，脂质代谢异常同样  会  导致细胞功能受损。肿瘤微环境中免疫细胞的脂质代谢引起了不同程度的关注。

肿瘤微环境中各种免疫细胞的脂质代谢重塑及相关的靶基因和信号通路

肿瘤微环境涉及的细胞类型主要有癌前细胞及癌细胞，其中基质细胞有表皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞及免疫细胞。主要的免疫细胞包括巨噬细胞、  T淋巴细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞、髓系来源的抑制细胞、中性粒细胞等。基于肿瘤微环境中的特殊生存条件，这些免疫细胞不得不改变自身的代谢方式，这个过程被称为代谢重塑。由于免疫细胞在免疫治疗中重要性，免疫代谢已成为近十年来免疫学的研究热点。尽管如此，目前对于代谢改变如何影响肿瘤微环境中的免疫细胞仍缺乏透彻的理解。一般来说，脂质代谢主要包括三个步骤，脂肪酸合成（FAS）与脂肪酸氧化（FAO），胆固醇代谢和成分脂质代谢。图1总结脂质代谢中相关治疗靶点。

图1. 肿瘤微环境中免疫细胞相关脂质代谢通路。

肿瘤微环境中巨噬细胞

巨噬细胞主要调控固有免疫反应，在免疫防御、炎症反应、组织重塑和维持稳态等方面发挥重要作用。巨噬细胞有极强的可塑性，能够分化出不同的亚型，对环境中不同的应激作出相应的变化。不同的亚型具有不同的生物学特性，调控各种生理及病理活动，这种现象被  称  为“极化”。极化的巨噬细胞主要分为M1型和M2型。M1型主要发挥抗原呈递、促炎、清除和抗肿瘤效应，M2型则抑制炎症反应、促进组织重塑，阻止邻近感染。此外，M2型还与血管生成、免疫调节和肿瘤进展相关。

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）发挥免疫抑制效应，被归类于M2型巨噬细胞，其通过促进肿瘤生长、免疫浸润、血管生成、侵袭转移等发挥促肿瘤作用。PPAR通路是脂肪酸代谢中的一个重要通路，Wu等人发现坏死因子RIPK3在肝癌相关的巨噬细胞中低表达。RIPK3的低表达通过抑制PPAR的剪接及促进脂肪酸代谢增加了M2型细胞的极化。Zhang等人通过体外模型发现M2单核细胞来源的巨噬细胞（MDMs）以FAO依赖的方式促进IL-1β的分泌促进了肝癌细胞的转移。Liu等人发现调节性T细胞抑制IFN-γ的分泌，进一步阻断了M2型细胞中SREBP-1对FAS的激活。而且，SREBP1的抑制进一步增大了免疫抑制检查点抑制的效能，说明结合靶向Tregs细胞核M2巨噬细胞的脂质代谢可能提高肿瘤免疫治疗的有效性。另一项研究发现在TAMs中mTOR信号是高表达的，mTORC1信号增加了TAMs的脂质合成。研究发现细胞脂质的聚积对调控TAMs的功能是至关重要的，从不同小鼠肿瘤模型获取的TAMs表现出单酰基甘油脂酶（MGLL）的低表达。MGLL过表达小鼠来源的巨噬细胞则脂质聚积，并在肿瘤的刺激下向M1型分化。相反，MGLL低表达则促进了CD8  +  T细胞的对肿瘤细胞的抑制作用。因此，MGLL可能成为肿瘤治疗的一个潜在靶点。

T细胞

T细胞主要分为CD4  +  和CD8  +  两个亚型，并且都具有清除肿瘤和抗原的功能。然而，肿瘤微环境抑制T细胞的功能，重塑T细胞的代谢，使免疫监视失能，引起肿瘤细胞的免疫浸润。与正常组织相比，肿瘤细胞的CD8  +  比例相对较低。CD4  +  T细胞主要分化为Th1和Th2细胞亚型，Th1细胞提高CD8  +  T细胞核巨噬细胞的杀伤作用，Th2细胞促进B细胞的分化和激活。因此，CD4  +  T细胞影响其他免疫细胞的功能进而抑制感染和肿瘤生长。

CD8  +  T  细胞

CD8  +  T细胞是抗肿瘤免疫的主要执行者，CD8  +  T细胞脂质的缺失抑制了细胞增殖和信号转导。但是这并不意味着过量的脂质生成可以改善细胞功能。肿瘤微环境中脂肪酸含量增加激活PPAR-α信号，保护CD8  +  T细胞的效应功能。纳米医学将抗肿瘤药物和肿瘤坏死因子（TNFs）包裹为纳米颗粒，代表了一种新形式的肿瘤治疗方式。Kim等人构建了一种包裹非诺贝特的纳米颗粒，在这种药物处理的T细胞中PPAR-α和脂肪酸代谢相关基因呈高表达，并且CD8  +  T细胞的增殖、杀伤效能都显著增加。Chowdhury等人也发现增加的FAO水平可以增强CD8  +  T的抗肿瘤活性。

Treg  细胞

Treg细胞主要维持免疫稳态，同时调控免疫耐受及对抗自身免疫性疾病。研究发现Treg细胞倾向于抑制抗肿瘤免疫反应，并抑制CD8  +  T细胞及NK细胞的增殖。Treg细胞也分泌抗炎因子IL-10及TGF-β发挥促肿瘤效应。脂肪酸合成（FAS）促进了Treg细胞的功能性成熟，脂肪酸氧化（FAO）是肿瘤微环境中Treg细胞的主要能量来源，因此在葡萄糖缺乏的环境中Treg细胞仍发挥  免疫抑制  效应。研究发现CD36缺失减少了Treg细胞对脂质的摄取，减缓了肿瘤的生长。研究者发现CD36抗体和PD-1抗体具有协同抗肿瘤作用。因此，阻断CD36可能成为靶向Treg细胞的脂质代谢的免疫治疗策略。研究发现脂肪酸结合蛋白5（FABP5）高表达于Treg细胞中，促进促进微环境中脂肪酸的吸收及脂肪酸在各细胞器之间的转运；抑制FABP5活性后线粒体氧化磷酸化水平降低。Lim等人发现在肿瘤浸润的Treg细胞中SREBP活性上调。在黑色素瘤模型中靶向Treg细胞的SREBP后，脂质合成代谢途径被抑制，进而激活抗肿瘤免疫应答反应。此外，研究者发现抑制SREBP-SCAP功能轴减缓了肿瘤的生长，同时增强了PD-1抗体的免疫疗效。Paxella等人也在小鼠结肠癌模型和人肝癌组织中发现SREBP的激活促进了脂质合成及Treg细胞的增殖。

树突状细胞（DCs）

依据表面分子的不同，DCs细胞主要分为三类，典型DCs细胞，浆细胞样DCs细胞，单核细胞衍生的DCs细胞。DCs细胞呈递来自病原体及肿瘤细胞的抗原于T细胞，激活适应性免疫应答，将固有免疫与适应性免疫联系起来。DCs细胞也分泌细胞分子帮助效应细胞发挥抗肿瘤作用。FAS对DCs细胞的成熟至关重要，可增强DCs细胞表达共刺激分子、Toll样受体（TLR）激活及诱导T细胞应答。DCs细胞的激活依赖TLR，随之增强自身糖酵解过程产生大量的丙酮酸。丙酮酸进入线粒体氧化磷酸化，转变为乙酰辅酶A，为脂肪酸合成提供原料，维持DCs细胞的正常免疫功能。Li等人发现经来自肝癌细胞的  甲胎蛋白（  AFP  ）  处理后，单核DCs细胞的CD1表达降低。也有研究发现在DCs细胞发育的早期阶段，肝癌细胞分泌的AFP可抑制DCs细胞的脂肪酸合成和线粒体代谢。研究发现AFP主要通过抑制DCs细胞的SREBP-1和PGC1-α发挥此作用的。以上研究表明脂肪酸合成被抑制后可减弱DCs细胞的免疫效能，因此可能为肿瘤免疫治疗提供新的方向。

Gao等人在射线诱导的胸腺瘤模型中阻断DCs细胞脂肪酸摄取或减弱脂质生成，提高了DCs细胞对T细胞的刺激能力，逆转了肿瘤微环境中的免疫抑制状态。Jiang等人也发现肿瘤浸润DCs细胞中FASN的表达与卵巢癌的临床分型相关。FASN的持续激活造成DCs细胞中异常的脂质合成和聚积，减弱了DCs细胞的抗原提呈及激活T细胞抗肿瘤的作用。越来越多的研究表明前列腺素（PG）在调控DCs细胞的功能上发挥不可忽视的作用。脂质小体（LDs）通过脂质存储和降解调控细胞内脂质代谢维持增长的细胞活动。有研究发现LD代谢紊乱引起了DCs细胞调控的免疫功能异常。肿瘤细胞分泌TGF-β2导致了DCs细胞内LD的异常聚积。TGF-β2抑制了DCs细胞的增殖和移动，进一步阻碍了CD8  +  T细胞的激活。

髓系来源的抑制细胞（MDSCs）

在人类MDSCs细胞主要分为三类，单核（M）-NDSCs，多行核（PMN）-MDSCs，和早期（e）-MDSCs。MDSCs与多种肿瘤密切相关，是肿瘤生存的独立预后因子。MDCSs通常发挥免疫抑制的作用，以促进肿瘤的进展和转移。肿瘤相关的MDSCs主要以脂肪酸氧化作为能量来源，其中最为突出的是CD36调控的脂肪酸摄取增加和关键代谢酶的表达增加。脂肪酸代谢增强，导致免疫抑制因子如ARG1、G-CSF、GM-CSF、IL-6、IL-10等表达增加。PGE2合成的关键酶COX2负责肿瘤微环境中MDSCs的过度激活，IFN-γ和TNF-α被发现诱导COX2的生成。这些研究揭示了细胞因子在脂质代谢转变中的作用，靶向细胞因子或其下游效应分子可能是一种有效的治疗策略。一项研究发现肿瘤患者PMN-MDSCs表达凝集素样氧化型低密度脂蛋白受体1（LOX-1），其正常对照者则不表达。这类MDSCs表达较高水平的DCFDA，ARG1和iNOS，同时抑制了CD3  +  T细胞的增殖，最终导致肿瘤预后较差。上述研究表明脂质代谢可促使MDSCs异常激活，是肿瘤微环境中的负性调控因子。

自然杀伤细胞（NK cells）

NK细胞是固有免疫的重要组成部分，具有抗肿瘤和抗感染的杀伤效能。NK细胞分泌细胞毒性因子，通过抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用维持免疫稳态。研究发现结肠癌术后，粒细胞MDSCs诱导NK细胞中清道夫受体（SR）如MSR1、CD36及CD68的表达，这些变化引起细胞内脂质聚积，减弱了NK细胞分泌颗粒酶和穿孔素，使NK细胞免疫功能失调，进一步导致肿瘤复发。也  有  研究发现肿瘤细胞来源的PGE2作用于NK细胞表面的EP2和EP4，造成免疫抑制的微环境，促进了肿瘤的免疫侵袭。

乏氧诱导肿瘤微环境中免疫细胞的脂质代谢重塑

正常情况下，氧气进入线粒体参与氧化磷酸化，产生ATP为细胞供能。而肿瘤细胞的强取豪夺使得有限的生成环境产生大量的非细胞成分，如ROS、乳酸、负性调控因子等，削弱了免疫细胞的效应能力。其中，乏氧对肿瘤的结局有重要的效应。乏氧同样会改变免疫细胞的脂质代谢，使免疫细胞失能。研究发现乏氧降低CD8  +  T细胞的扩增，影响DCs和NK细胞的成熟，而Tregs和MDSCs细胞则适应乏氧环境。乏氧因子HIF通过促进脂质过氧化和内质网应激，招募Tregs细胞、M2巨噬细胞和MDSCs，形成免疫抑制微环境。HIF-1α的激活促进效应T细胞（Teffs）糖酵解和氨基酸代谢而抑制脂肪酸氧化，进而导致Teffs功能失调。而研究发现Tregs细胞适应肿瘤微环境不仅依赖糖酵解，还需要脂肪酸氧化。mTORC1信号的损伤抑制CD3  +  T细胞中脂质生成，这涉及到PI3K/mTOR/HIF-1α信号通路，进一步改变了CD3  +  T细胞对乏氧环境的适应及免疫调节能力。Mi  s  ka等人发现HIF-1α使葡萄糖远离线粒体，因此Tregs细胞依赖于脂肪酸氧化获取能量。有研究发现肿瘤微环境中PGE2上调，通过NF-κB通路抑制NK细胞。抑制HIF-1α增强了IL-18介导的NF-κB信号。这些结果  揭示  了PGE2、HIF-1α和NK-κB在NK细胞中的关联，但是仍需进一步的研究。

图2. 乏氧对肿瘤微环境中免疫细胞脂质代谢的影响。

乏氧可以通过激活异常的PARR信号促进肿瘤的进展，在胶质瘤中PPAR信号的过度激活通过Tregs细胞发挥免疫抑制作用。PPAR信号主要调控细胞脂质代谢，靶向此信号调控的Treg脂质代谢可能是一个新的研究方向。Liu等人提出在乏氧环境中DCs细胞中IDO1大量产生，调控DCs细胞脂质代谢。另一方面，乏氧使乳酸水平增加，使肿瘤微环境酸化，这种乳酸  化  微环境抑制T细胞的抗肿瘤免疫，进而促进了肿瘤的进展。乳酸转运体SLC5A12调控CD4  +  T细胞乳酸摄取，通过细胞核PKM2/STAT3信号通路调控其效应表型，增加IL-17的产生。这种异常的乳酸水平增加导致CD4  +  T细胞介导的慢性炎症发生。AMPK激活后，mTOR信号被抑制，进一步激活HIF-1α信号和乳酸产生。研究发现AMPK限制脂肪酸氧化，肿瘤微环境中MDSCs细胞中乳酸产生和脂肪酸氧化水平均增加。这些研究提示AMPK激活剂可能代表了靶向MDSCs的治疗方向。乏氧早期促进ROS生成，Adeshakin等人报道了ROS与脂质代谢之间的联系，肿瘤微环境中MDSCs细胞FATP2表达增加，抑制FATP2表达则降低了细胞内脂质水平，减少了ROS产生，免疫抑制被逆转，进而抑制了肿瘤生长。

靶向免疫脂质代谢的免疫疗法

目前肿瘤免疫治疗主要分为三大类，一是  阻断免疫检查点  ，如PD-1抗体，二是过继细胞疗法，如CAR-T细胞，三是肿瘤疫苗。尽管免疫治疗是肿瘤治疗的一个重大突破，但其仍不适用于部分肿瘤。免疫细胞代谢受到了越来越多的关注，一些生物标记物也被认为是免疫细胞的特定检查点，靶向这些生物标记物可能逆转失调的免疫状态。表格1列举出目前存在的调控免疫细胞的脂质代谢的免疫抑制剂。在肺癌和结肠腺癌中，etomoxir通过抑制CPT1A抑制MDSCs细胞的脂肪酸氧化，逆转其促肿瘤效应。Su等人发现CTP1A的高表达调控TAMs形成促肿瘤生长的微环境。研究发现靶向PD-1/PD-L1削弱了免疫细胞的脂肪酸氧化水平，增强了CD8  +  T细胞的免疫应答。与健康对照组相比，PD-1高表达于肝癌患者中，因此说明靶向PD-1可能减轻对免疫细胞抗肿瘤免疫功能的抑制。研究发现伊匹单抗靶向CTLA-4调控抗肿瘤免疫效应，也与T细胞的脂肪酸氧化过程相关。CD36抑制剂和CD36抗体作为新型药物，可以增强CD8  +  T细胞的效应，并减轻Tregs细胞的免疫抑制效应。此外，FASN抑制剂C75被发现可以减轻巨噬细胞中IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-10水平。在HIV、HCV、肿瘤等慢性感染疾病中，阿托伐他汀可以降低T细胞共抑制受体的表达。肿瘤微环境中调控花生四烯酸代谢可促进肿瘤的清除。Pandey等人发现肿瘤细胞分泌PGE2抑制DC细胞功能。COX-2抑制剂NS-398处理后，PG合成减少，提高了DC细胞的抗肿瘤免疫作用。

表1. 调控免疫细胞脂质代谢相关的肿瘤抑制剂。

总结

自从肿瘤微环境被提出以来，许多研究都揭示了肿瘤微环境在肿瘤发生、进展、转移及治疗中的重要作用。肿瘤微环境中的免疫细胞、化学因子及其他因子都与肿瘤预后密切相关。近年来，免疫代谢在免疫细胞功能方面的研究取得了长足进展。多种肿瘤中都发现存在免疫代谢重塑。其中，免疫细胞的脂质代谢在肿瘤微环境中也  有  参与  。  综上  所述  ，文章总结了TAM、DCs、MDSCs、NK细胞等免疫细胞脂质代谢重塑在肿瘤中的作用。肿瘤微环境中的乏氧环境使能量来源转向胆固醇及其他脂类物质。因此，乏氧如何影响免疫细胞脂质代谢可能成为新的肿瘤治疗方向。  本文介绍了目前常用的免疫疗法，通过介导免疫细胞的脂质代谢来协调有效的抗肿瘤免疫反应，强调了  TME  中各种免疫细胞的脂代谢重编程能力，并提出了用于癌症治疗的有前景的新策略。

编译：陈祥元，翁梅琳

审校：张军，缪长虹

参考文献：

Ming Zhang, Tingju Wei, Xiaodan Zhang and Danfeng Guo. Frontiers in Immunology. 05 September 2022. DOI: 10.3389/fimmu.2022.937406

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