脂代謝重編程調控免疫微環境抗腫瘤的研究進展①

張祎稀 吳建春 駱瑩濱 李 雁（上海中醫藥大學附屬市中醫醫院，上海 200071）

腫瘤微環境（tumor microenvironment，TME）是指腫瘤細胞及其周圍的免疫細胞、間質細胞、細胞外基質及活性介質構成的生態內環境，其復雜性及多樣性是造成免疫逃逸、促成腫瘤發展的關鍵環節［1］。最新研究發現，代謝重編程介導的微環境免疫抑制是導致免疫治療受限的關鍵因素之一，其中，脂代謝異常與腫瘤發生發展及免疫細胞效應功能的發揮密切相關。事實上，腫瘤細胞可通過感應周圍環境的變化而改變自身的代謝所需，其代謝產物可通過多種方式影響免疫細胞的激活及抗腫瘤免疫應答的發生；而浸潤在腫瘤局部的免疫細胞在與腫瘤細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胞截然不同，一方面，活化的免疫細胞對代謝途徑的選擇對抗腫瘤免疫應答產生了不利影響；另一方面，不同代謝模式下免疫細胞的分化與功能也影響微環境下腫瘤的發生發展［2］。以下將對微環境中腫瘤脂代謝對免疫細胞的影響及靶向脂代謝重編程調控免疫微環境的抗腫瘤研究進展進行綜述。

1 脂代謝對免疫細胞分化及功能的影響

脂類是人體三大營養素及代謝物質之一，除了作為細胞的主要構成分子外，還是重要的第二信使，同時與能量供應及存儲密切相關［3］。與正常細胞不同，腫瘤細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，而且在應激狀態下釋放微環境介質刺激免疫細胞，使其改變自身代謝格局，進而共同影響微環境下腫瘤的發生發展［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，FA）轉運異常、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通路調控，包括FA轉運蛋白及相關基因上調、表觀基因組修飾、脂代謝相關酶網絡及轉錄因子改變等多種因素共同作用下的復雜調控網絡［5］。其中FA從頭合成通路是維持腫瘤細胞生存所必需的代謝通路之一，在此過程中產生的大量FA及其他代謝產物可作為信號分子影響免疫細胞分化及功能［6］。

1.1巨噬細胞 巨噬細胞來源于骨髓中的單核細胞，早期研究表明其主要功能是作為“吞噬者”對病原體進行吞噬并激活免疫反應［7］。隨著研究的深入，其所處的局部微環境決定了它們不同的極化趨勢及代謝方式，這些改變又會反作用于腫瘤細胞并促進其惡性進展。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運相關蛋白ATP結合盒轉運體A1和ATP結合盒轉運體G1表達量升高，導致腫瘤相關巨噬細胞（tumor associated macrophages，TAMs）中IL-4表達上升，進一步激活PI3K/STAT6信號通路促進卵巢癌進程。ZHANG等［9］采用細胞實驗表明，被腫瘤細胞激活的M2型巨噬細胞脂代謝模式發生改變，依賴于脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，FAO）途徑獲取能量，并通過激活活性氧和NLRP3炎癥小體促進自身IL-1β分泌，加快肝癌細胞的增殖、遷移和侵襲。

此外，腫瘤細胞在脂代謝重編程過程中會產生大量代謝產物，如FA、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）和花生四烯酸（arachidonic acid，AA）等，這些代謝產物同樣影響巨噬細胞的極化及功能。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可調節巨噬細胞極化及功能活動。WU等［10］發現腫瘤細胞中LDs衍生的不飽和FA（油酸）通過促進線粒體呼吸誘導髓系細胞向M2型巨噬細胞極化，導致免疫細胞監視作用失靈，最終促進腫瘤的生長和轉移。PGE2是細胞內一種參與和介導炎癥反應的調節因子，腫瘤通過釋放PGE2破壞微環境中巨噬細胞介導的免疫反應。研究表明宮頸癌HeLa細胞內部的PGE2可抑制巨噬細胞RAW中具有活化正常T細胞表達與分泌的趨化因子CCL5產生，進而達到免疫逃逸促進腫瘤發生的目的［11］。AA是多種脂類代謝產物的前體，其代謝產物類花生酸在腫瘤細胞中高表達，并通過與巨噬細胞的交互作用誘導免疫抑制的發生［12］。

上述研究表明，腫瘤脂代謝產物的蓄積可引起炎癥性微環境的改變，影響巨噬細胞的功能。而由于微環境成分改變導致巨噬細胞脂代謝模式發生變化，亦可促進腫瘤進展和轉移，兩者相互影響構成錯綜復雜的代謝網絡。

1.2T細胞

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

1.2.2輔助性T細胞（helper T cells，Th）Th在介導腫瘤免疫應答中扮演調控或輔助其他淋巴細胞發揮免疫功能的角色，其主要表面標志為CD4［15］。BROWN等［16］通過研究非酒精性脂肪肝性肝病中CD4+T細胞的抗腫瘤機制表明，富含脂質的肝臟微環境FAO活躍，其中在脂質分解代謝中起關鍵作用的肉堿棕櫚酰轉移酶表達升高，進而增加線粒體活性氧的產生，導致CD4+T細胞凋亡，促進肝細胞癌形成。

1.2.3調節性T細胞（regulatory T cells，Tregs）Tregs是自身免疫的負性調節細胞，防止自身免疫性疾病的發生。在腫瘤中，Tregs通過免疫抑制作用促使腫瘤發生免疫逃逸［17］。Tregs脂代謝基因的表達是調節其免疫功能的關鍵因素之一。研究表明，脂肪酸結合蛋白（fatty acid binding proteins，FABPs）是細胞內促進脂肪攝取和運輸所需的脂伴侶家族，而FABP5作為FABPs家族成員，對Tregs免疫功能至關重要。抑制FABP5會導致線粒體DNA（mtDNA）釋放，從而激活cGAS-STING介導的Ⅰ型干擾素免疫反應信號通路，刺激Tregs分泌促癌的IL-10，進而促進腫瘤免疫逃逸［18］。

1.2.4細胞毒性T細胞（cytotoxic T cell，Tc）Tc是機體抗腫瘤機制的重要環節，其中CD8+T細胞是Tc中最具毒性殺傷能力的一類亞群，其數量直接決定了抗腫瘤的殺傷能力［19］。但在腫瘤微環境條件下，CD8+T細胞的免疫活性受到抑制，這是由于腫瘤細胞高表達的膽固醇改變其表面相關抗原構象，削弱抗體識別抗原的能力，保護腫瘤細胞逃避免疫監視［20］。此外，T細胞脂代謝通路中的相關基因也是關鍵的調控靶點，YANG等［21］研究表明抑制CD8+T細胞脂代謝通路中膽固醇酯化酶ACAT1可有效提高腫瘤細胞的殺傷能力，這是因為ACAT1低表達可增加細胞質膜游離膽固醇水平，進而增強T細胞受體的聚集和信號傳遞，形成免疫突觸，發揮抗腫瘤作用。

上述研究表明，不論是腫瘤源性脂代謝產物的影響，抑或是微環境介導的T細胞脂代謝重編程，都會抑制其免疫功能發揮導致免疫逃逸。

1.3髓源性抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）MDSCs來源于骨髓中的骨髓組細胞，當腫瘤發生時，髓細胞異常分化為多形核MDSCs（PMN-MDSCs）和單形核MDSCs（M-MDSCs），并產生大量免疫抑制性細胞因子，抑制免疫功能正常發揮［22］。VEGLIA等［23］通過提取不同腫瘤荷瘤小鼠腫瘤組織中的PMN-MDSCs進行細胞實驗發現，PMNMDSCs通過FA轉運體FATP2介導脂質蓄積，其高表達可加快CD8+T細胞丟失，促進PMN-MDSCs的免疫抑制。此外，PMN-MDSCs還可通過其他FA轉運體如CD36和脂肪因子Lipocalin2支持PMN-MDSCs的免疫抑制［24-25］。

1.4樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）DCs是一類功能強大的抗原遞呈細胞，能有效激活初始T細胞啟動免疫應答［26］。研究表明，腫瘤相關DCs依賴FAO途徑獲取能量，并將其儲存在LDs中，LDs內脂質積累增加可導致DCs抗原呈遞功能障礙，進而不能激活初始T細胞，最終降低機體抗腫瘤免疫應答［27］。

1.5自然殺傷細胞（natural killer cells，NKs）NKs是機體重要的免疫細胞，活化的NKs分泌多種細胞因子，發揮免疫調節作用［28］。多項研究表明，NKs通過吸收FA并將其儲存在LDs中，在此過程中，參與FAO的脂質轉運蛋白和酶的表達增加，并限制顆粒酶產生，從而導致NKs功能受限而無法正常發揮免疫調節作用［29-31］。

2 靶向脂代謝重編程逆轉免疫抑制的治療

根據以上論述，TME中的脂代謝重編程能夠通過產生免疫抑制代謝物抑制免疫細胞發揮抗腫瘤免疫反應，癌細胞的脂代謝失調又會進一步影響細胞表面標志物表達，從而干擾免疫監視。目前已發現的與腫瘤免疫逃逸相關的脂代謝途徑包括環氧化酶2（cyclooxygenase2，COX2）和PGE2信號通路［32］。這些脂代謝途徑中的代謝弱點可被用來增強惡性腫瘤的免疫療法。

與在正常組織中持續表達的環氧合酶1（COX1）不同，COX2在許多惡性腫瘤中過度表達，并與TME中的免疫抑制和高水平PGE2的表達密切相關［33］。基于此，靶向COX1、COX2和PGE2有助于逆轉惡性腫瘤的免疫抑制。DREW等［34］研究發現，阿司匹林（乙酰水楊酸）通過抑制上皮細胞COX2的表達阻斷AA向PGE2轉化，進而發揮腫瘤抑制潛力。LI等［35］通過動物實驗發現選擇性COX2抑制劑塞來昔布與抗PD-1抗體聯用時，可增強抗腫瘤免疫治療的協同作用。此外，用于PGE2受體的選擇性抑制劑也在開發中。為評估非小細胞肺腺癌或微衛星穩定的結直腸癌患者使用PGE2受體4（EP4）拮抗劑Grapiprant或聯合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物模型試驗階段［36-37］。

3 展望

免疫細胞代謝組學的興起揭示了不同代謝途徑對免疫細胞的影響。本文不僅討論了腫瘤來源的脂代謝產物對免疫細胞生長發育、增殖分化及免疫應答的影響，亦闡述了局部微環境對免疫細胞脂代謝方式的改變。說明免疫細胞效用的發揮必須依賴于微環境中的代謝產物和環境傾向。不同代謝產物影響下的免疫細胞，其表面標志物和分子表達往往不盡相同，因此抗原提呈能力及免疫應答能力具有很大差異性。免疫細胞在不斷感應外部刺激后，通過改變其代謝格局以滿足自身增殖需求和效應功能的執行，如M2型巨噬細胞、激活DC和Tm細胞依賴于FAO途徑，而M1型巨噬細胞、靜息DC和效應T細胞則依賴于糖酵解途徑［38-40］，然而它們對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免疫抑制已經成為一種很有前景的抗癌策略，不論是針對腫瘤脂代謝重編程途徑中潛在的分子靶點所開發的抑制劑，還是將脂質代謝藥物與免疫治療藥物聯合應用的惡性腫瘤新療法，均為癌癥治療提供了新的治療概念。近年來針對脂代謝重編程調控免疫微環境的抗腫瘤基礎研究已初見成效，這些成果包括：靶向腫瘤脂代謝途徑以改變TME，靶向抑制性免疫細胞的代謝以逆轉其免疫抑制功能，以及靶向效應細胞代謝以增強腫瘤殺傷力。然而，癌細胞的脂代謝是靈活多樣的，免疫細胞也存在異質性，這些因素都限制了患者的臨床療效。因此，未來應針對微環境中免疫細胞的代謝譜進行積極探索，進一步了解免疫細胞執行免疫應答功能的內在機制，同時還可借助實驗模型，分離關鍵的細胞亞群，并從代謝依賴性的角度深入研究免疫細胞與癌細胞的相互聯系，以期找到更多癌癥免疫反應的潛在代謝靶點。