T細(xì)胞耗竭+乳酸化+代謝調(diào)控”輕松拿下nature子刊，直接贏麻了！

更新時(shí)間：2024-11-18 點(diǎn)擊次數(shù)：1156

T細(xì)胞耗竭 (T Cell Exhaustion，Tex)是免疫系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)長期抗原暴露時(shí)的一種特殊狀態(tài)。特征是自我更新能力下降，同時(shí)上調(diào)效應(yīng)細(xì)胞因子，下調(diào)共抑制分子，最終導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸。

T細(xì)胞耗竭原因

1.當(dāng)抗原持續(xù)存并且T細(xì)胞暴露于持續(xù)的TCR（T細(xì)胞受體）時(shí)，T細(xì)胞就會(huì)逐漸分化成一種功能低下的狀態(tài)，此過程被稱為T細(xì)胞耗竭。

2.在缺氧的腫瘤微環(huán)境中，癌細(xì)胞具有高度的代謝活性，經(jīng)有氧糖酵解產(chǎn)生過量的乳酸使細(xì)胞外pH值降低，從而抑制T細(xì)胞功能，加速T細(xì)胞耗竭。

提問

T細(xì)胞的功能和分化與代謝途徑有著內(nèi)在的聯(lián)系，通過調(diào)節(jié)TME的代謝環(huán)境能夠促進(jìn)抗腫瘤免疫。溶質(zhì)載體（SLC）超家族作為代謝物轉(zhuǎn)運(yùn)體充當(dāng)代謝的守門人，其在腫瘤浸潤的CD8* T細(xì)胞亞群中如何影響代謝，以及其表達(dá)是否影響T細(xì)胞的分化和衰竭呢？

匹茨堡大學(xué)的研究人員于2024年11月8日發(fā)表在Natur子刊Nature Immunology上的Dysfunction of exhausted T cells is enforced by MCT11-mediated lactate metabolism解答了這一問題。

研究亮點(diǎn)：

1. Tex細(xì)胞上調(diào)MCT11，促進(jìn)其對(duì)乳酸的攝取，加速T細(xì)胞功能耗竭；

2. 阻斷MCT11，Tex細(xì)胞雖處于耗竭狀態(tài)，但表現(xiàn)為功能性T細(xì)胞。

實(shí)驗(yàn)思路解析如下：

基于SLC超家族成員在腫瘤微環(huán)境代謝途徑中的作用，作者首先試圖確定哪些SLCs在腫瘤浸潤性Tex細(xì)胞中發(fā)揮作用。

作者通過轉(zhuǎn)錄組分析T細(xì)胞中SLCs表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)最多的是Slc16a11 (MCT11)，接著通過流式細(xì)胞術(shù)和單細(xì)胞測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)在人類癌癥的Tex細(xì)胞中MCT11表達(dá)上調(diào)。SLC超家族成員負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)代謝產(chǎn)物乳酸，并且通過乳酸脈沖測(cè)量發(fā)現(xiàn)在高表達(dá)MCT11的Tex細(xì)胞中乳酸攝取增加。說明在Tex細(xì)胞中，MCT11上調(diào)，且促進(jìn)乳酸代謝。

圖1 ：在Tex細(xì)胞MCT11上調(diào)，促進(jìn)乳酸代謝

那么是什么驅(qū)動(dòng)了Slc16a11的表達(dá)呢。

首先作者在LCMVC13感染小鼠的不同組織的Tex細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)了MCT11，說明T細(xì)胞耗竭往往伴隨MCT11的表達(dá)，并可能存在組織特異性因素進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)此程序。接下來作者通過在小鼠中注射吡莫硝唑(一種缺氧示蹤劑)，并給予連續(xù)的TCR刺激下培養(yǎng)CD8*T細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)MCT11表達(dá)進(jìn)一步升高，提示發(fā)現(xiàn)缺氧可能是促進(jìn)MCTI1表達(dá)的組織特異性因素。總之這些結(jié)果提示我們TCR刺激啟動(dòng)Slc16a11的表達(dá)，并且缺氧通過Hifla進(jìn)一步促進(jìn)了MCTI1的表達(dá)。

圖2 MCT11的表達(dá)是由持續(xù)的TCR刺激驅(qū)動(dòng)的

接下來，作者探究了Tex細(xì)胞中，MCT11在攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)代謝物中的作用。

首先作者在Thy1.1中過表達(dá)MCT11，發(fā)現(xiàn)MCTI1的過表達(dá)減少了TNF和IFNy的產(chǎn)生，MCT11加速了細(xì)胞衰竭。相反地，在缺乏MCTI1的T細(xì)胞中Tim3和PD1表達(dá)顯著降低，并通過流式細(xì)胞術(shù)發(fā)現(xiàn)Slc16allCD4小鼠的腫瘤浸潤C(jī)D8T細(xì)胞的百分比顯著增加，促進(jìn)TNF，IFNy和IL-2的產(chǎn)生，表明T細(xì)胞功能得到改善。

緊接著，MCTII的底物乳酸在缺氧TME中含量最高，因此，作者探討MCTI1是否通過攝取代謝物乳酸促進(jìn)了TME中T細(xì)胞的功能。作者通過對(duì)MCT11缺陷T細(xì)胞進(jìn)行RNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)，Tex細(xì)胞相關(guān)基因（如Myb、Cd83和Bcl6）表達(dá)增加，而與終末衰竭相關(guān)基因（如Eomes、Havcr2、Id2和Ccl3）表達(dá)減少。并且在給小鼠輸注吡莫硝唑后發(fā)現(xiàn)，MCT11的缺失導(dǎo)致T細(xì)胞駐留在更多的含氧區(qū)域，使得效應(yīng)功能得到改善。

總之，MCT11過表達(dá)，以及MCT11介導(dǎo)的乳酸攝取，導(dǎo)致T細(xì)胞功能障礙，通過MCTI1的代謝物通量可以靶向促進(jìn)CD8*T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫。

圖3 MCT11增強(qiáng)Tex細(xì)胞的功能障礙

考慮到乳酸對(duì)T細(xì)胞功能的抑制作用，作者想知道MCT11單克隆抗體是否可以阻斷乳酸攝取并促進(jìn)抗腫瘤免疫。

作者發(fā)現(xiàn)Tex細(xì)胞中內(nèi)源性MCTI1缺失促進(jìn)T細(xì)胞功能，且荷瘤小鼠的腫瘤顯著減小，并延長其生存期。除此之外，作者還發(fā)現(xiàn)免疫檢查點(diǎn)抑制劑抗PD-1單抗與MCT11單克隆抗體聯(lián)合使用能夠協(xié)同增強(qiáng)T細(xì)胞功能。

其次，作者為了確定MCT11靶向治療是否依賴于乳酸代謝，作者通過CRISPR相關(guān)蛋白9（Cas9）敲除糖酵解基因LDHA，在葡萄糖和寡霉素處理后，發(fā)現(xiàn)缺乏LDHA的細(xì)胞無法進(jìn)行細(xì)胞外酸化，表明MCTIl治療的療效依賴于TME中的乳酸。

以上MCT11抗體通過阻斷乳酸攝取，增強(qiáng)T細(xì)胞功能。

圖4.MCT11抗體阻斷可以減輕小鼠的腫瘤負(fù)荷

最后作者通過在TCR刺激和缺氧的條件下，用不同濃度的乳酸處理，發(fā)現(xiàn)MCT11阻斷增加了分泌TNF+和IL-2+的T細(xì)胞，說明阻斷MCT11減輕T細(xì)胞對(duì)乳酸的敏感性。同時(shí)MCT11阻斷增加腫瘤侵潤的CD8+T細(xì)胞百分比，使其功能增強(qiáng)，說明阻斷MCT11能夠改變T細(xì)胞功能，從而更好地支持抗腫瘤免疫。

圖5 MCT11阻斷特異性促進(jìn)CD8+T細(xì)胞抗腫瘤免疫

主要發(fā)現(xiàn)：

1.Tex細(xì)胞中Slc16a11發(fā)生轉(zhuǎn)錄，并由組織特異性因素（缺氧）驅(qū)動(dòng)表達(dá)MCT11。

2.MCT11通過攝取TME中的乳酸，加速T細(xì)胞耗竭。

3.MCT11單克隆抗體阻斷能夠特異性地恢復(fù)T細(xì)胞功能，增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)，減輕小鼠腫瘤負(fù)荷。

臨床意義：

由于檢查點(diǎn)受體的冗余和潛在的自身免疫副作用阻斷抑制途徑，確定免疫治療的新靶點(diǎn)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

在本文中，作者的研究提供了一個(gè)有吸引力的癌癥治療新靶點(diǎn)，即MCT11阻斷療法。與傳統(tǒng)的免疫檢查點(diǎn)阻斷療法相比，MCT11阻斷僅僅作用于代謝過程，而不是全部的T細(xì)胞，并且可以聯(lián)合使用，靶向T細(xì)胞與TME中的代謝物相互作用從而促進(jìn)抗腫瘤免疫。

研究的局限性：

乳酸長期以來一直與免疫抑制有關(guān)，該研究主要討論了Tex細(xì)胞中高表達(dá)MCT11與其在TME中的代謝底物乳酸相互作用，加速T細(xì)胞耗竭。然而MCT家族作為轉(zhuǎn)運(yùn)體可以運(yùn)輸多種單羧酸鹽，如丙酮酸鹽、醋酸鹽、琥珀酸鹽和酮體。但是作者僅僅關(guān)注于乳酸，忽略了TME中的其他代謝物的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Peralta, R.M., Xie, B., Lontos, K. et al. Dysfunction of exhausted T cells is enforced by MCT11-mediated lactate metabolism. Nat Immunol (2024).