【Nature】最新成果！迟洪波团队：改善癌症治疗，克服肿瘤介导的免疫抑制

营养物质是适应性免疫的新兴介质，但营养物质是否影响DC功能或先天免疫细胞和适应性免疫细胞之间的通讯在很大程度上尚未解决。在这里，我们建立了谷氨酰胺作为细胞间代谢检查点，它指示肿瘤- cDC1串扰并允许cDC1激活细胞毒性T细胞的功能。瘤内补充谷氨酰胺通过增强cdc1介导的CD8+ T细胞免疫来抑制肿瘤生长，并克服对检查点阻断和T细胞介导的免疫疗法的治疗抗性。从机制上讲，肿瘤细胞和cDC1s通过转运体SLC38A2竞争谷氨酰胺摄取，以调节抗肿瘤免疫。营养筛选和综合分析表明，谷氨酰胺是促进cDC1功能的主要氨基酸。此外，谷氨酰胺信号通过FLCN影响TFEB功能。dc中FLCN的缺失以tfeb依赖的方式选择性地损害体内cDC1功能，并通过消除谷氨酰胺补充的抗肿瘤治疗作用来表型SLC38A2缺陷。我们的研究结果证实了谷氨酰胺介导的肿瘤细胞和cDC1s之间的细胞间代谢串扰是肿瘤免疫逃避的基础，并揭示了cDC1s中的谷氨酰胺获取和信号传导是DC激活的限制事件和癌症治疗的假定靶点。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06299-8

研究背景

01

营养物质塑造免疫细胞功能和亚群分化，但我们对不同组织微环境中营养介导的免疫反应的理解有限。营养和代谢物的改变发生在肿瘤微环境(TME)中，并影响肿瘤与免疫的相互作用。例如，葡萄糖或氨基酸组成的改变会导致T细胞效应功能失调或髓细胞活性失调。在TME中，dc捕获并呈递肿瘤相关抗原，并提供共刺激信号和可溶性因子，以激发抗肿瘤免疫。dc在感知环境信号时被激活，包括来自垂死肿瘤细胞的信号。然而，尽管细胞内代谢途径在介导DCs的静止和激活中发挥了新的作用，但营养物质或代谢过程是否以及如何调节DC的功能和异质性，特别是在TME中，仍然很大程度上未知。

cDCs包括cDC1和cDC2亚群，它们分别促进CD8+细胞毒性T细胞和CD4+ T细胞启动。cDC1s也将肿瘤相关抗原与细胞毒性CD8+ T细胞交叉呈递，从而促进抗肿瘤免疫。此外，cDC1s有助于免疫检查点阻断(ICB)和过继性T细胞治疗的成功(ACT)。然而，免疫抑制的TME通过DC功能活性受损导致免疫逃避，部分是由失调的丰富度或对局部环境线索的感知介导的。模式识别受体和其他受体系统感知DC亚群功能特化的环境信号，但营养物质和代谢物在这一过程中的作用在很大程度上尚不清楚，特别是与淋巴细胞中的作用相比。揭示在TME中介导DC功能或功能障碍的机制对于有效的癌症免疫治疗至关重要。

研究结果

02

谷氨酰胺启动cDC1s的肿瘤免疫

为了检测TME中的营养成分，我们从MC38结肠腺癌细胞或表达B16F10 (B16-OVA)黑色素瘤细胞的小鼠中分离肿瘤间质液(TIF)和匹配血浆，并进行代谢组学分析。与匹配血浆相比，TIF中葡萄糖、谷氨酰胺、精氨酸和半胱氨酸(或胱氨酸)降低。谷氨酰胺的减少是特别有趣的，因为在荷瘤小鼠中谷氨酰胺代谢的药物阻断或肿瘤细胞中谷氨酰胺酶的缺失会抑制癌细胞的生长并增强CD8+ T细胞的抗肿瘤活性。然而，谷氨酰胺酶抑制也会损害TME23中CD8+ T细胞的活化和抗肿瘤能力。在上述观察的基础上，我们测试了直接提高肿瘤内谷氨酰胺丰度是否会影响抗肿瘤免疫。B16-OVA荷瘤小鼠每日瘤内注射谷氨酰胺可增加TIF中的谷氨酰胺水平。值得注意的是，在MC38或B16-OVA肿瘤细胞攻击的野生型小鼠中，这种治疗降低了肿瘤生长和重量，但在Rag1 - / -小鼠中没有，这表明适应性免疫在介导谷氨酰胺抗肿瘤作用中的重要性。

瘤内补充谷氨酰胺可促进cdc1介导的抗肿瘤免疫

值得注意的是，在缺乏cDC1s29的Batf3 - / -小鼠中，补充谷氨酰胺不影响MC38和B16-OVA肿瘤的生长，这表明谷氨酰胺治疗的有益效果需要cDC1s。为了检验谷氨酰胺是否会影响cdc1介导的疫苗效力，我们采用DC转移模型，在谷氨酰胺充足或缺乏的培养基中，将脾cdc1与OVA和聚I:C脉冲注射到B16-OVA小鼠体内，用于肿瘤治疗。cDC1s脉冲在谷氨酰胺缺乏的培养基中显示出受损的治疗效果。因此，谷氨酰胺对于内源性和过继转移的cDC1s的抗肿瘤活性都是必要的和限制性的，这表明谷氨酰胺和cDC1s在抗肿瘤免疫中相互作用。

为了探索潜在的机制，我们首先通过使用表达荧光蛋白ZsGreen (B16-ZsGreen)31的B16F10肿瘤细胞，评估了瘤内补充谷氨酰胺是否会影响DC向肿瘤引流淋巴结(dLNs)的迁移。补充谷氨酰胺后，肿瘤dln中ZsGreen+迁移DC的百分比和肿瘤中ZsGreen+ DC的百分比未发生变化，表明对DC肿瘤抗原摄取或迁移能力缺乏影响。为了确定交叉启动是否在肿瘤dln中发生改变，用谷氨酰胺治疗MC38-OVA荷瘤小鼠，采用羧氟蛋白琥珀酰酰酯(CFSE)标记的初始OT-I细胞过代转移，增殖评估显示没有损伤。因此，补充谷氨酰胺对肿瘤dln中初始CD8+ T细胞启动没有影响。为了评估效应CD8+ T细胞对TME中抗原再刺激的反应能力，我们过继性地将活化的OT-I细胞转移到B16-OVA荷瘤小鼠中，并评估其在TME中的激活情况。具有效应样表型的OT-I细胞在谷氨酰胺处理的肿瘤中表现出更大的积累，并且还显示T-bet表达增加，颗粒酶B-或ifn - γ-和tnf共表达细胞的频率更高。总的来说，瘤内补充谷氨酰胺增强了CD8+ T细胞在TME中的效应功能，而不影响DC迁移或初始CD8+ T细胞的启动。

SLC38A2决定肿瘤- cdc1的串扰

接下来，我们进行了全面的营养筛选试验，以确定谷氨酰胺与其他氨基酸相比如何影响DC功能，使用OT-I或OT-II (ova特异性CD4+)细胞作为DC功能读数。谷氨酰胺剥夺cDC1s，以及在较小程度上cDC2s，降低了OT-I或OT-II细胞的增殖和IL-2或IFNγ的产生。同样，在FLT3L系统中培养的骨髓源性dc (bmdc)的CD8+ T细胞启动在谷氨酰胺耗尽后受损。在对OVA257-264的反应中，谷氨酰胺缺失的cDC1s在促进OT-I细胞增殖方面也存在缺陷，尽管程度低于对OVA的反应，这表明在抗原交叉呈递中存在更强的损伤。此外，谷氨酰胺缺失的cDC1s显示，表达热杀伤ova的单核增生李斯特菌(hklc - ova)在OT-I细胞上的交叉呈现减少，从而表明谷氨酰胺在cdc1介导的CD8+ T细胞的启动中起重要作用。值得注意的是，谷氨酰胺饥饿长达3小时(用于所有体外试验的时间框架)对cDC1s和cDC2s的存活影响最小，尽管更长时间会导致更多的死亡，这表明谷氨酰胺剥夺dc的缺陷T细胞启动不是归因于细胞死亡增加。最后，我们将cDC1s或cDC2s用OVA脉冲，在无氨基酸培养基中添加单个氨基酸，然后与OT-I或OT-II细胞共培养。单独补充谷氨酰胺使cDC1(以及较小程度上cDC2)依赖性T细胞增殖。因此，谷氨酰胺是支持DC功能介导T细胞启动的必要和充分条件，与cDC2s相比，在cDC1s中观察到优先效应。

谷氨酰胺在肿瘤细胞和cDC1s之间的相互作用调节抗肿瘤免疫

为了确定SLC38A2在肿瘤细胞中介导肿瘤免疫相互作用的功能重要性，我们用sgNTC-或sgslc38a2转导的MC38或B16-OVA细胞刺激野生型小鼠，发现SLC38A2缺失后肿瘤生长减慢。因此，来自SLC38A2缺陷B16-OVA肿瘤的TIF中谷氨酰胺丰度增加，而其他SLC38A2底物没有增加，进一步支持SLC38A2更有选择性地介导谷氨酰胺的运输。对sgslc38a2转导的MC38肿瘤中肿瘤内淋巴细胞的分析显示，肿瘤内CD8+ T细胞的频率和数量更高，包括表达IFNγ、TNF或颗粒酶B的细胞，表明效应表型增强。为了测试SLC38A2是否以肿瘤固有方式起作用，还是需要免疫系统才能发挥其体内作用，我们在Batf3 - / -或Rag1 - / -小鼠中检测了SLC38A2缺陷MC38肿瘤的生长情况。在这些小鼠中，有益的抗肿瘤作用被阻断，揭示了cDC1s和淋巴细胞的关键重要性。总的来说，这些结果表明肿瘤细胞中SLC38A2的缺乏以cdc1依赖的方式显着损害肿瘤生长。

cDC1s中的SLC38A2触发肿瘤免疫

为了检验SLC38A2的cdc1特异性表达是否足以控制肿瘤生长，我们生成Xcr1cre/+Slc38a2fl/fl小鼠，在cDC1s38中特异性删除SLC38A2。在Xcr1cre/+Slc38a2fl/fl小鼠中，MC38肿瘤生长增加，表明SLC38A2在cDC1s中对肿瘤控制的选择性要求。相比之下，在表达cas9的OT-I细胞中，sgrna介导的Slc38a2缺失并不会损害它们控制B16-OVA肿瘤生长的能力。在MC38肿瘤模型的T细胞(Cd4creSlc38a2fl/fl小鼠)中基因缺失Slc38a2也获得了类似的结果。因此，dc而不是T细胞需要SLC38A2来协调抗肿瘤免疫，这表明SLC38A2代表了肿瘤细胞和cDC1s之间谷氨酰胺获取和肿瘤免疫相互作用的竞争性检查点。

cDC1s中的FLCN介导肿瘤免疫

谷氨酰胺因其在癌细胞、T细胞和巨噬细胞中的代谢作用而受到广泛关注。谷氨酰胺如何影响细胞内信号事件仍未完全确定。在本文中，我们发现谷氨酰胺的可用性相互影响FLCN-FNIP2复合物的形成和TFEB活性，并且FLCN-TFEB轴介导谷氨酰胺对cDC1抗原呈递和效应物样CD8+ T细胞反应的激活。虽然FLCN抑制TFEB活性，但我们在cDC1s和体内抗肿瘤免疫中建立了谷氨酰胺与FLCN - TFEB信号通路之间先前未被认识到的联系。值得注意的是，与FLCN缺陷类似，dc中SLC38A2缺陷消除了谷氨酰胺补充的抗肿瘤作用，从而建立了这种谷氨酰胺转运体和FLCN信号作为cDC1功能和肿瘤免疫的关键驱动因素。我们的工作为谷氨酰胺在DC中的免疫刺激作用提供了重要的见解，这与脂质和吲哚胺2,3-双加氧酶1介导的色氨酸分解代谢在肿瘤或炎症环境中调节DC功能的免疫抑制或耐受性作用形成对比。总的来说，靶向肿瘤中的谷氨酰胺水平或cDC1s中的谷氨酰胺依赖信号对于改善癌症治疗和克服肿瘤介导的免疫抑制具有重要意义。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06299-8

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。