抑制肿瘤糖酵解有助于CTLA-4阻断的治疗效果
Nature |
细胞能量代谢的重编程是肿瘤的重要标志之一。肿瘤细胞的高葡萄糖消耗和乳酸产生可能会限制肿瘤微环境中效应细胞的营养来源，从而影响效应T细胞的增殖和功能【1】。限制肿瘤微环境中的代谢竞争可以提高免疫治疗的有效性。而CD28信号在活化T细胞的糖代谢中具有重要作用，被认为是T细胞代谢的生物感受器；CTLA4（细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4）则具有下调T细胞糖酵解的功能【2】。那么，肿瘤糖酵解能力不同时，CTLA-4阻断治疗对肿瘤内T细胞代谢的影响如何？
近日，来自威尔康奈尔医学院的Roberta Zappasodi、Jedd D. Wolchok和Taha Merghoub团队合作在Nature杂志上发表题为CTLA-4 blockade drives loss of Treg stability in glycolysis-low tumours的文章，研究发现CTLA-4阻断促进人类肿瘤中免疫细胞的浸润和代谢适应性，尤其是糖酵解低的肿瘤。同时，携带糖酵解低肿瘤的小鼠中，anti-CTLA-4取得更好的治疗效果。糖酵解缺陷的肿瘤中，肿瘤特异性CD8+ T细胞反应和肿瘤浸润Treg细胞功能不稳定有关，Treg向产生IFN-γ和TNF-α转变。体外模拟高度糖酵解和糖酵解缺乏的肿瘤微环境，发现CTLA-4阻断促进Treg的不稳定依赖于Treg糖酵解和CD28信号。
为了探究肿瘤糖酵解对免疫治疗效果的影响，研究人员对晚期黑色素瘤病人接受伊普利单抗（anti-CTLA-4）治疗前后进行RNA测序，分析肿瘤免疫浸润和糖酵解。基线水平上，葡萄糖分解代谢基因的表达常与主要免疫细胞亚群浸润呈负相关，或与肿瘤糖酵解有助于非炎症肿瘤表型有关。伊普利单抗治疗后，一些糖酵解相关基因与主要免疫细胞亚群浸润呈正相关；但关键的糖酵解基因，如乳酸产生的关键酶亚单位LDHA和乳酸转运蛋白SLC16A1在治疗后仍与免疫浸润呈负相关，提示anti-CTLA-4单独不足以增强糖酵解高的肿瘤中免疫细胞的适应性。敲除LDHA导致糖酵解缺陷（4T1-KD），且4T1-KD肿瘤的生长显著慢于糖酵解完整的4T1-Sc，CTLA-4阻断不改变肿瘤的生长，但糖酵解相关基因和免疫细胞亚群的正相关性在糖酵解缺陷的4T1-KD肿瘤接受CTLA-4阻断治疗时变得更加明显。即糖酵解低的肿瘤对CTLA-4阻断更加敏感，而治疗糖酵解高的肿瘤需要考虑肿瘤糖酵解抑制和anti-CTLA-4联用。
下一步，研究人员探究降低肿瘤糖酵解对CTLA-4阻断治疗的影响以及相关的机理。利用4T1-KD和4T1-Sc细胞构建小鼠肿瘤模型，手术切除辅助CTLA-4阻断显著延长4T1-KD肿瘤小鼠的生存，但不能延长4T1-Sc肿瘤小鼠的生存。对肿瘤消除的小鼠再次种植肿瘤，4T1-KD肿瘤小鼠和4T1-Sc肿瘤小鼠的肿瘤生长都显著变慢。20-25%的4T1-KD肿瘤小鼠可完全清除肿瘤细胞，且伴随着抗肿瘤的CD8+ T细胞的扩增和成熟；而4T1-Sc肿瘤小鼠不能控制再次种植肿瘤的生长。降低肿瘤糖酵解有助于anti-CTLA-4诱发形成长时间的抗肿瘤免疫记忆。分析肿瘤内免疫细胞亚群组成，肿瘤LDHA的下调导致肿瘤T细胞浸润的增加，且Treg也显著增加，同时anti-CTLA-4增加外周Treg。4T1-KD肿瘤小鼠中，anti-CTLA-4导致肿瘤浸润的CD4+ T细胞，尤其是Treg，持续性上调IFN-γ和TNF-α的产生。Treg中上调IFN-γ和TNF-α的产生是一个非常有趣的现象，进一步分析发现，anti-CTLA-4导致4T1-KD浸润Treg上调表达IFN-γ（Treg的不稳定）并不是由于丢失Foxp3的表达，而是与CD25和/或CTLA-4下调表达有关。即CTLA-4lo Treg在CTLA-4阻断的4T1-KD肿瘤中成比例增加，偏好表达IFN-γ。且Treg中IFN-γ的产生与CD8+ T细胞中IFN-γ的表达呈正相关。
在种植4T1-KD肿瘤时，加入乳酸钠部分逆转LDHA-KD的抗肿瘤作用，发现肿瘤内Treg的稳定性被保留，同时Foxp3表达和肿瘤负荷没有显著变化。IFN-γ+ Treg和CD8+ TIL的正相关性消失，但CD8+ T细胞表达IFN-γ没有受到影响，说明正相关性主要由Treg表达IFN-γ所驱动。多种模型显示，肿瘤的糖酵解可维持Treg的稳定性。体外实验显示，葡萄糖和生理性CD28共刺激信号存在的条件下，CTLA-4阻断直接增加Treg的葡萄糖摄取和IFN-γ产生，且该过程不依赖于线粒体代谢。阻断氧化磷酸化可降低Treg的Foxp3表达和IL-10产生，即线粒体呼吸对Treg完整性很重要，而强迫糖酵解导致Treg更容易失去稳定性。葡萄糖存在条件下，anti-CTLA-4抑制Treg功能，并增加CD86的表达，缺失CD28则抑制现象消失。即葡萄糖和CD28调控Treg稳定性。进一步研究显示，糖酵解对于维持Treg扩增是必需的，但是导致Treg更容易被重编程，特别是CD28激活条件下，如CTLA-4阻断。葡萄糖对于Treg的抑制性功能是不必要的，应该存在替代能量来源来支持这一功能。
总的来说，研究证明了抑制肿瘤糖酵解有助于CTLA-4阻断的治疗效果，或可考虑CTLA-4阻断与肿瘤糖酵解抑制剂的联用。同时揭示了葡萄糖存在条件下，anti-CTLA4可干扰Treg的功能，使其处于不稳定状态，偏向于产生IFN-γ，揭示了anti-CTLA4抗肿瘤作用的新机制。
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