T细胞耗竭+乳酸化+代谢调控”轻松拿下nature子刊，直接赢麻了！
时间：2024-11-18 阅读：148
T细胞耗竭 (T Cell Exhaustion，Tex)是免疫系统在应对长期抗原暴露时的一种特殊状态。特征是自我更新能力下降，同时上调效应细胞因子，下调共抑制分子，最终导致肿瘤免疫逃逸。
T细胞耗竭原因
1.当抗原持续存并且T细胞暴露于持续的TCR（T细胞受体）时，T细胞就会逐渐分化成一种功能低下的状态，此过程被称为T细胞耗竭。
2.在缺氧的肿瘤微环境中，癌细胞具有高度的代谢活性，经有氧糖酵解产生过量的乳酸使细胞外pH值降低，从而抑制T细胞功能，加速T细胞耗竭。
提问
T细胞的功能和分化与代谢途径有着内在的联系，通过调节TME的代谢环境能够促进抗肿瘤免疫。溶质载体（SLC）超家族作为代谢物转运体充当代谢的守门人，其在肿瘤浸润的CD8* T细胞亚群中如何影响代谢，以及其表达是否影响T细胞的分化和衰竭呢？
匹茨堡大学的研究人员于2024年11月8日发表在Natur子刊Nature Immunology上的Dysfunction of exhausted T cells is enforced by MCT11-mediated lactate metabolism解答了这一问题。
研究亮点：
1. Tex细胞上调MCT11，促进其对乳酸的摄取，加速T细胞功能耗竭；
2. 阻断MCT11，Tex细胞虽处于耗竭状态，但表现为功能性T细胞。
实验思路解析如下：
基于SLC超家族成员在肿瘤微环境代谢途径中的作用，作者首先试图确定哪些SLCs在肿瘤浸润性Tex细胞中发挥作用。
作者通过转录组分析T细胞中SLCs表达情况，发现差异表达最多的是Slc16a11 (MCT11)，接着通过流式细胞术和单细胞测序分析发现在人类癌症的Tex细胞中MCT11表达上调。SLC超家族成员负责转运代谢产物乳酸，并且通过乳酸脉冲测量发现在高表达MCT11的Tex细胞中乳酸摄取增加。说明在Tex细胞中，MCT11上调，且促进乳酸代谢。
图1 ：在Tex细胞MCT11上调，促进乳酸代谢
那么是什么驱动了Slc16a11的表达呢。
首先作者在LCMVC13感染小鼠的不同组织的Tex细胞中均发现了MCT11，说明T细胞耗竭往往伴随MCT11的表达，并可能存在组织特异性因素进一步驱动此程序。接下来作者通过在小鼠中注射吡莫硝唑(一种缺氧示踪剂)，并给予连续的TCR刺激下培养CD8*T细胞中发现MCT11表达进一步升高，提示发现缺氧可能是促进MCTI1表达的组织特异性因素。总之这些结果提示我们TCR刺激启动Slc16a11的表达，并且缺氧通过Hifla进一步促进了MCTI1的表达。
图2 MCT11的表达是由持续的TCR刺激驱动的
接下来，作者探究了Tex细胞中，MCT11在摄取和转运代谢物中的作用。
首先作者在Thy1.1中过表达MCT11，发现MCTI1的过表达减少了TNF和IFNy的产生，MCT11加速了细胞衰竭。相反地，在缺乏MCTI1的T细胞中Tim3和PD1表达显著降低，并通过流式细胞术发现Slc16allCD4小鼠的肿瘤浸润CD8T细胞的百分比显著增加，促进TNF，IFNy和IL-2的产生，表明T细胞功能得到改善。
紧接着，MCTII的底物乳酸在缺氧TME中含量最高，因此，作者探讨MCTI1是否通过摄取代谢物乳酸促进了TME中T细胞的功能。作者通过对MCT11缺陷T细胞进行RNA测序发现，Tex细胞相关基因（如Myb、Cd83和Bcl6）表达增加，而与终末衰竭相关基因（如Eomes、Havcr2、Id2和Ccl3）表达减少。并且在给小鼠输注吡莫硝唑后发现，MCT11的缺失导致T细胞驻留在更多的含氧区域，使得效应功能得到改善。
总之，MCT11过表达，以及MCT11介导的乳酸摄取，导致T细胞功能障碍，通过MCTI1的代谢物通量可以靶向促进CD8*T细胞介导的抗肿瘤免疫。
图3 MCT11增强Tex细胞的功能障碍
考虑到乳酸对T细胞功能的抑制作用，作者想知道MCT11单克隆抗体是否可以阻断乳酸摄取并促进抗肿瘤免疫。
作者发现Tex细胞中内源性MCTI1缺失促进T细胞功能，且荷瘤小鼠的肿瘤显著减小，并延长其生存期。除此之外，作者还发现免疫检查点抑制剂抗PD-1单抗与MCT11单克隆抗体联合使用能够协同增强T细胞功能。
其次，作者为了确定MCT11靶向治疗是否依赖于乳酸代谢，作者通过CRISPR相关蛋白9（Cas9）敲除糖酵解基因LDHA，在葡萄糖和寡霉素处理后，发现缺乏LDHA的细胞无法进行细胞外酸化，表明MCTIl治疗的疗效依赖于TME中的乳酸。
以上MCT11抗体通过阻断乳酸摄取，增强T细胞功能。
图4.MCT11抗体阻断可以减轻小鼠的肿瘤负荷
最后作者通过在TCR刺激和缺氧的条件下，用不同浓度的乳酸处理，发现MCT11阻断增加了分泌TNF+和IL-2+的T细胞，说明阻断MCT11减轻T细胞对乳酸的敏感性。同时MCT11阻断增加肿瘤侵润的CD8+T细胞百分比，使其功能增强，说明阻断MCT11能够改变T细胞功能，从而更好地支持抗肿瘤免疫。
图5 MCT11阻断特异性促进CD8+T细胞抗肿瘤免疫
主要发现：
1.Tex细胞中Slc16a11发生转录，并由组织特异性因素（缺氧）驱动表达MCT11。
2.MCT11通过摄取TME中的乳酸，加速T细胞耗竭。
3.MCT11单克隆抗体阻断能够特异性地恢复T细胞功能，增强抗肿瘤免疫反应，减轻小鼠肿瘤负荷。
临床意义：
由于检查点受体的冗余和潜在的自身免疫副作用阻断抑制途径，确定免疫治疗的新靶点一直是一个挑战。
在本文中，作者的研究提供了一个有吸引力的癌症治疗新靶点，即MCT11阻断疗法。与传统的免疫检查点阻断疗法相比，MCT11阻断仅仅作用于代谢过程，而不是全部的T细胞，并且可以联合使用，靶向T细胞与TME中的代谢物相互作用从而促进抗肿瘤免疫。
研究的局限性：
乳酸长期以来一直与免疫抑制有关，该研究主要讨论了Tex细胞中高表达MCT11与其在TME中的代谢底物乳酸相互作用，加速T细胞耗竭。然而MCT家族作为转运体可以运输多种单羧酸盐，如丙酮酸盐、醋酸盐、琥珀酸盐和酮体。但是作者仅仅关注于乳酸，忽略了TME中的其他代谢物的作用。
参考文献：
[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).