代謝作用包括一系列的生化反應(yīng)，可將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物，在維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及響應(yīng)胞內(nèi)和胞外刺激方面起著重要作用。代謝改變是腫瘤的重要特征之一，為了維持持續(xù)的增殖，腫瘤細(xì)胞必須調(diào)整其代謝和營(yíng)養(yǎng)獲得方式。

       越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤微環(huán)境（TME）中的代謝改變能夠通過產(chǎn)生免疫抑制代謝物抑制免疫細(xì)胞浸潤(rùn)等抗腫瘤免疫力。癌細(xì)胞的代謝失調(diào)會(huì)進(jìn)一步影響細(xì)胞表面標(biāo)志物的表達(dá)，從而干擾免疫監(jiān)測(cè)。已發(fā)現(xiàn)的與免疫療法耐藥性相關(guān)的代謝途徑包括PI3K-Akt-mTOR、缺氧誘導(dǎo)因子 (HIF)、腺苷、JAK/STAT以及Wnt/β-catenin^[1]。

       3月26日，發(fā)表在Nature Reviews Clinical Oncology上篇題為“Navigatingmetabolic pathways to enhance antitumour immunity and immunotherapy”的綜述中^[2]，來自瑞士、美國(guó)和比利時(shí)的幾位科學(xué)家總結(jié)了與腫瘤免疫逃逸相關(guān)的代謝途徑，并討論了這些代謝途徑中的弱點(diǎn)，而這些弱點(diǎn)可能被用來增強(qiáng)癌癥免疫療法。

       糖酵解

       Warburg效應(yīng)是腫瘤代謝改變的經(jīng)典例子，特點(diǎn)是即便在氧氣充足的情況下，腫瘤細(xì)胞也能利用大量的葡萄糖，并通過糖酵解產(chǎn)生乳酸（正常細(xì)胞中，糖酵解在無氧或缺氧條件下發(fā)生）；同時(shí)，相應(yīng)的是，氧化磷酸化(OXPHOS)速率較低。

       乳酸通過單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（尤其是MCT4）被輸送到癌細(xì)胞外環(huán)境，導(dǎo)致了酸性的TME。在過去十年中，有氧糖酵解（aerobic glycolysis）和由此形成的酸性TME都被證明，對(duì)T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫響應(yīng)以及腫瘤浸潤(rùn)髓細(xì)胞的活性有很大的影響（圖1）。舉例來說，2015年發(fā)表的2篇Cell證實(shí)^[3-4]，受腫瘤細(xì)胞葡萄糖消耗率較高的影響，腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞(TILs)的mTOR活性、激活T細(xì)胞核因子（NFAT）信號(hào)以及糖分解能力降低了，這導(dǎo)致了抗腫瘤效應(yīng)分子生產(chǎn)受損。

       氨基酸及其衍生物

       谷氨酰胺和谷氨酸

       除高葡萄糖消耗外，一些腫瘤以高谷氨酰胺消耗來滿足癌細(xì)胞的代謝需求。腫瘤細(xì)胞中增加的谷氨酰胺回補(bǔ)（glutamine anaplerosis）導(dǎo)致了氨釋放增加；而暴露在氨中可以激活鄰近細(xì)胞的自噬，如癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）。反過來，CAFs中氨激活的自噬又可以通過促進(jìn)谷氨酰胺從CAFs中釋放進(jìn)一步支持腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。此外，谷氨酰胺代謝的產(chǎn)物（如谷氨酸、天冬氨酸）也可以調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的代謝、表觀遺傳、核苷酸合成和氧化還原平衡。

       值得一提的是，乳酸也能夠促進(jìn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ASCT2和谷氨酰胺酶1（GLS）在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)（圖1）。

       現(xiàn)在，靶向谷氨酰胺回補(bǔ)的多個(gè)化合物正被開發(fā)用于抗癌治療。其中一些藥物已經(jīng)被證明具有抗癌功效，如GLS別構(gòu)抑制劑CB-839。CB-839已被證明能夠有效抑制谷氨酰胺分解，在三陰性乳腺癌和血液學(xué)惡性腫瘤臨床前模型中具有良好的活性。目前，多項(xiàng)臨床試驗(yàn)正在評(píng)估CB-839，這些臨床試驗(yàn)涉及實(shí)體瘤或血液學(xué)惡性腫瘤患者，既有單一用藥，也有與免疫檢查點(diǎn)抑制劑（ICIs）聯(lián)合用藥(表1，見文末)。

       精氨酸

       精氨酸代謝在T細(xì)胞活化和調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)中也有重要作用。TME中表達(dá)精氨酸酶1（ARG1）的免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞（包括M2樣腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞、Treg細(xì)胞等）的積累通過降解精氨酸（限制T細(xì)胞對(duì)精氨酸的可用性）抑制了抗腫瘤免疫力。

       研究顯示，通過補(bǔ)充精氨酸刺激T細(xì)胞和NK細(xì)胞的細(xì)胞**以及效應(yīng)細(xì)胞因子的產(chǎn)生，結(jié)合PD-L1抗體治療顯著增強(qiáng)了抗腫瘤免疫響應(yīng)，且延長(zhǎng)了骨肉瘤小鼠的生存期。因此，在TME中補(bǔ)充精氨酸和防止精氨酸降解是重新激活T細(xì)胞和NK細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的一種有吸引力的策略。這種方法正在臨床試驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)試，如ARG1抑制劑INCB001158正與PD-1抗體Keytruda聯(lián)合使用（表1，見文末）。

       色氨酸

       研究顯示，色氨酸降解酶在腫瘤細(xì)胞中的高水平表達(dá)促進(jìn)了腫瘤的進(jìn)展，與胃癌患者預(yù)后較差有關(guān)。而腫瘤中高水平的IDO和TDO被認(rèn)為會(huì)降低TME中色氨酸的可用性，進(jìn)而抑制T細(xì)胞的殺瘤功能。除了剝奪T細(xì)胞的色氨酸，IDO和TDO還將色氨酸分解為犬尿氨酸，后者的積累能夠降低效應(yīng)T細(xì)胞的增殖(圖1)。首個(gè)IDO1抑制劑（1-methyltryptophan）已被證明可以減輕TME的免疫抑制，并在臨床前模型中促進(jìn)腫瘤特異性T細(xì)胞的活化。在這一發(fā)現(xiàn)之后，IDO抑制劑indoximod、IDO1抑制劑navoximod以及IDO1–TDO雙重抑制劑HTI-1090(SHR9146)和DN1406131已經(jīng)進(jìn)入臨床測(cè)試。其中，indoximod正被開發(fā)聯(lián)合CTLA-4抗體或PD-1抗體治療黑色素瘤患者（表1，見文末）。

       腺苷信號(hào)

       TME中腺苷濃度明顯升高。核苷酸代謝酶CD39和CD73在控制腺苷的產(chǎn)生方面起著關(guān)鍵作用。CD39和CD73在腫瘤中表達(dá)升高與胃腸道、婦科和非小細(xì)胞肺癌患者的預(yù)后不良有關(guān)。除腫瘤細(xì)胞外，Treg細(xì)胞也可以表達(dá)CD39，并通過腺苷-A2AR信號(hào)軸促進(jìn)TME中的免疫抑制（A2AR即腺苷A2A受體）。

       靶向CD39和CD73活性以抑制腺苷的產(chǎn)生也是增強(qiáng)抗腫瘤免疫的一種有吸引力的策略。大量的臨床前研究表明，使用抗CD73抗體治療可提高ICIs治療的效果。同樣，A2AR拮抗劑和ICIs聯(lián)合治療也能在小鼠模型中誘導(dǎo)協(xié)同的抗腫瘤反應(yīng)。一些靶向腺苷信號(hào)通路的藥物（如A2AR抑制劑CPI-144）正在被測(cè)試與ICIs聯(lián)合抗癌的療效（表1，見文末）。

       環(huán)氧化酶和PGE2通路

       環(huán)氧化酶2（COX2）在許多癌癥中過表達(dá)，與TME中的免疫抑制以及高水平的PGE2產(chǎn)生密切相關(guān)。大量研究表明，抑制PGE2的產(chǎn)生及其信號(hào)級(jí)聯(lián)可以改善抗腫瘤免疫反應(yīng)的多個(gè)方面。舉例來說，選擇性COX2抑制劑celecoxib在與PD-1抗體聯(lián)合使用時(shí)誘導(dǎo)了協(xié)同抗腫瘤免疫反應(yīng)。一些同類聯(lián)合治療方案的臨床試驗(yàn)已啟動(dòng)（表1）。同時(shí)，研究人員也在開發(fā)PGE2受體抑制劑。其中，選擇性PGE2受體4（EP4）拮抗劑grapiprant正被評(píng)估作為單藥或聯(lián)合Keytruda，用于治療非小細(xì)胞肺腺癌或微衛(wèi)星穩(wěn)定的結(jié)腸直腸癌患者（表1，見文末）。

       脂肪酸和膽固醇

       腫瘤細(xì)胞通常會(huì)提高從頭合成脂肪酸的速度，以產(chǎn)生細(xì)胞膜磷脂和信號(hào)分子。大量證據(jù)表明，TME中腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞的脂質(zhì)代謝在協(xié)調(diào)免疫抑制方面發(fā)揮著重要作用，靶向這些代謝途徑是增強(qiáng)抗腫瘤免疫的一種途徑。在這方面，中國(guó)科學(xué)家曾在Nature^[5]上發(fā)表過一項(xiàng)重要成果，證明利用膽固醇酯化酶ACAT1抑制劑avasimibe擾亂膽固醇酯化能夠改善效應(yīng)T細(xì)胞的功能和增殖。avasimibe可與PD-1抑制劑產(chǎn)生協(xié)同作用，在小鼠模型中根除黑色素瘤。此外，也有研究顯示，TME中存在的脂質(zhì)種類可能調(diào)節(jié)著效應(yīng)CD4+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)模式，并決定靶向脂質(zhì)代謝治療癌癥的結(jié)果。

       免疫檢查點(diǎn)的代謝調(diào)節(jié)作用

       近幾年，ICIs在癌癥治療方面取得了顯著進(jìn)展。這類抗癌藥原本是開發(fā)用于增強(qiáng)T細(xì)胞激活信號(hào)通路，然而，越來越多的證據(jù)表明，ICIs還會(huì)影響T細(xì)胞的代謝適應(yīng)度。一些研究發(fā)現(xiàn)，ICIs會(huì)影響腫瘤微環(huán)境（TME）中腫瘤和T細(xì)胞之間的代謝交流和競(jìng)爭(zhēng)。舉例來說，PD-1與PD-L1或PD-L2的相互作用可通過抑制PI3K-AKT-mTOR通路損害T細(xì)胞的代謝重編程。

      除了調(diào)節(jié)TILs的代謝，免疫檢查點(diǎn)還能直接影響腫瘤細(xì)胞的代謝。PD-L1和B7-H3(也稱為CD276)在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)已被證明通過激活PI3K-AKT - mTOR通路來刺激有氧糖酵解。

       因此，抑制PD-1/PD-L1軸可能通過促進(jìn)TILs的重新振作和代謝適應(yīng)度，以及抑制腫瘤細(xì)胞的有氧糖酵解，產(chǎn)生了協(xié)同抗癌作用。一項(xiàng)臨床前研究表明，PD-1/PD-L1抑制確實(shí)增強(qiáng)了T細(xì)胞的糖酵解活性。

       除PD-1外，其它抑制性免疫檢查點(diǎn)受體也被報(bào)道會(huì)影響T細(xì)胞的代謝程序，如CTLA-4、TIM3、LAG3。舉例來說，在功能耗竭的T細(xì)胞上高表達(dá)的TIM3已被證明通過中斷PI3K-AKT-mTOR信號(hào)來改變T細(xì)胞代謝。此外，與野生型CD4+ T細(xì)胞相比，缺乏LAG3的CD4+ T細(xì)胞的基礎(chǔ)呼吸和有氧糖酵解速率顯著增加，表明LAG3的表達(dá)降低了T細(xì)胞的代謝適應(yīng)度。

       與抑制性免疫檢查點(diǎn)受體造成的代謝受損不同，激活性的共刺激分子通過刺激控制轉(zhuǎn)錄重編程和代謝開關(guān)的信號(hào)通路來支持T細(xì)胞的激活。舉例來說，CD28信號(hào)通過同時(shí)刺激有氧糖酵解和促進(jìn)線粒體融合來增強(qiáng)T細(xì)胞的代謝適應(yīng)度（圖2）。而顯著增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞增殖的4-1BB信號(hào)激活了葡萄糖和脂肪酸代謝。此外，4-1BB和OX40雙重共刺激增強(qiáng)了CD8+ T細(xì)胞的糖酵解。GITR的激活上調(diào)了CD8+ T細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)攝取、脂質(zhì)儲(chǔ)存、糖酵解和氧消耗。

       總結(jié)來說，這些不斷發(fā)表的論文表明，ICIs以及共刺激受體激動(dòng)劑對(duì)T細(xì)胞代謝有重要影響。由于TME對(duì)TILs施加了各種代謝壓力，因此，將ICIs和/或共刺激受體激動(dòng)劑與代謝治療（如LDHA抑制劑、MCT1和/或MCT4抑制劑或PFKFB3抑制劑）相聯(lián)合可能能夠提高免疫治療的療效。

       過繼T細(xì)胞轉(zhuǎn)移免疫療法的代謝干預(yù)

       TILs

       代謝調(diào)節(jié)在初級(jí)免疫反應(yīng)期間激活的T細(xì)胞中起著關(guān)鍵作用這一發(fā)現(xiàn)最初來自2009年發(fā)表的1篇與mTORC1有關(guān)的Nature^[6]。之后有研究發(fā)現(xiàn)，在CD8+ T細(xì)胞體外擴(kuò)增過程中抑制mTORC2-AKT信號(hào)或糖酵解能夠賦予T細(xì)胞記憶表型，并增強(qiáng)抗腫瘤活性。這些發(fā)現(xiàn)表明，在臨床上，或許可以考慮將代謝干預(yù)與過繼T細(xì)胞轉(zhuǎn)移（ACT）免疫療法聯(lián)合使用。此外，更好的理解TME中誘導(dǎo)代謝性T細(xì)胞衰竭的過程也可能揭示新的治療靶點(diǎn)。

       舉例來說，2015年發(fā)表的一篇Cell證實(shí)^[7]，TME中的葡萄糖缺乏可能導(dǎo)致TILs中磷酸烯醇丙酮酸(PEP)不足。而通過過表達(dá)PCK1增加黑色素瘤抗原特異性T細(xì)胞的PEP產(chǎn)量抑制了SERCA的活性，從而使得ACT免疫療法產(chǎn)生了持續(xù)的效應(yīng)功能（SERCA：sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium ATPase 3）。

       2016年發(fā)表的一篇Nature發(fā)現(xiàn)^[8]，腫瘤中的細(xì)胞在接近死亡時(shí)會(huì)釋放出鉀離子到細(xì)胞外的空間。TILs細(xì)胞內(nèi)的鉀水平也更高，這抑制了TCR驅(qū)動(dòng)的AKT–mTOR信號(hào)以及抗腫瘤活性。在體外擴(kuò)增過程中，通過使腫瘤抗原特異性CD8+T細(xì)胞中鉀通道Kv1.3過表達(dá)來增加鉀的外流可以改善ACT治療黑色素瘤小鼠的結(jié)果：增強(qiáng)了腫瘤清除，提高了存活率。

       目前，調(diào)查基于TIL的ACT免疫療法與T細(xì)胞代謝干預(yù)聯(lián)合作用的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中(NCT02489266)。

       CAR-T療法

       ACT免疫療法的另一代表是CAR-T療法。目前，美國(guó)FDA已經(jīng)批準(zhǔn)了兩款靶向CD19的CAR-T產(chǎn)品（Kymriah和Yescarta），用于治療B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血?。˙-ALL）或大B細(xì)胞淋巴瘤。2017年發(fā)表的一項(xiàng)研究表明，在CD19-CAR-T體外擴(kuò)增時(shí)抑制AKT能夠改變CAR-T細(xì)胞的代謝，促進(jìn)它們向記憶表型分化，改善治療B-ALL的療效。此外，有研究表明，抑制mTOR或糖酵解途徑有利于T細(xì)胞向naïve和記憶表型分化；不過，這種抑制也導(dǎo)致了細(xì)胞增殖的顯著降低。

       除了以上方法，在CAR結(jié)構(gòu)中使用的共刺激域也被證明能夠決定CAR-T細(xì)胞產(chǎn)品的代謝適應(yīng)度和持久性。舉例來說，使用CD28共刺激域可刺激CAR-T細(xì)胞的糖酵解和效應(yīng)分化；而使用4-1BB共刺激域可誘導(dǎo)線粒體生物發(fā)生（mitochondrial biogenesis）、OXPHOS以及隨后的記憶T細(xì)胞分化，從而導(dǎo)致CAR-T療法更好的體內(nèi)持久性。

       總結(jié)來說，不斷揭露的證據(jù)表明，免疫代謝是決定CAR-T細(xì)胞療法和其它ACT免疫療法治療結(jié)果的關(guān)鍵因素。非常重要的一點(diǎn)是，由于這些細(xì)胞療法包含體外改造和擴(kuò)增過程，因此，非常適合操縱T細(xì)胞關(guān)鍵的代謝機(jī)制（圖3）。

       總結(jié)

       在過去的十年里，免疫療法的發(fā)展導(dǎo)致了癌癥治療范式的轉(zhuǎn)變。然而，事實(shí)上，大多數(shù)患者并沒有從免疫治療中獲益，這可能是因?yàn)槊庖咭种菩訲ME重編程不足，從而限制了抗腫瘤免疫力的恢復(fù)。

       總結(jié)來說，該綜述指出：

1）TME會(huì)給浸潤(rùn)免疫細(xì)胞施加代謝壓力，導(dǎo)致局部的免疫抑制以及腫瘤免疫逃逸，

2）針對(duì)腫瘤細(xì)胞異常代謝特性的干預(yù)措施可能會(huì)重編程TME的免疫狀態(tài)；

3）免疫檢查點(diǎn)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的激活和功能部分是通過影響這些細(xì)胞的代謝重編程和線粒體適應(yīng)性；

4）靶向在TME中活躍的代謝通路的藥物可能會(huì)通過減輕TILs的代謝壓力，與免疫檢查點(diǎn)抑制劑產(chǎn)生協(xié)同作用；

5）在TIL體外擴(kuò)增或CAR-T細(xì)胞生產(chǎn)時(shí)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的代謝程序，是提高過繼T細(xì)胞免疫療法療效的一個(gè)有希望的策略。

       不過，雖然代謝藥物與免疫療法的各種組合已經(jīng)在臨床試驗(yàn)（表1）中進(jìn)行測(cè)試，未來科學(xué)家們?nèi)孕枰玫乩斫饽[瘤免疫逃避的代謝機(jī)制和抗腫瘤免疫細(xì)胞的代謝需求，這對(duì)于充分挖掘有效的聯(lián)合療法至關(guān)重要。

       最后，值得一提的是，代謝程序還會(huì)影響抗原的呈遞和識(shí)別。因此，代謝干預(yù)可能還會(huì)增加癌細(xì)胞的免疫原性，從而拓寬可以被免疫療法有效治療的癌癥范圍。

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