李 崴，張山嶺，陶英杰，王旭東

天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院頜面耳鼻喉腫瘤科，國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300060

在免疫檢查點(diǎn)抑制劑（immune checkpoint inhibitor，ICI）成功用于多種癌癥并帶來腫瘤治療領(lǐng)域的變革之前，手術(shù)、放療、化療和分子靶向治療幾乎是所有癌癥的主要治療方式［1］。既往對放療、化療及分子靶向治療效果和耐藥的研究主要集中在腫瘤細(xì)胞自身遺傳或突變的內(nèi)在因素上［2］，而很少關(guān)注腫瘤的外部因素，即腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）。TME主要由腫瘤細(xì)胞及其周圍的免疫細(xì)胞、炎癥細(xì)胞、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞、間質(zhì)組織、微血管、各種細(xì)胞因子和趨化因子構(gòu)成［3］。在實(shí)體瘤患者中，腫瘤免疫應(yīng)答表現(xiàn)不佳，主要是由于TME中存在一些抑制性信號(hào)，抑制效應(yīng)T細(xì)胞（effector T cell，Teff）的免疫功能［4］。抑制性信號(hào)包括腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的一系列免疫抑制性因子，如轉(zhuǎn)化生長因子β、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-10等，以及T細(xì)胞表面免疫抑制性分子如程序性死亡［蛋白］-1（programmed death-1，PD-1）、溶細(xì)胞性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4（cytolytic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4）等［5］。阻斷CTLA-4或PD-1均可解除對T細(xì)胞的抑制作用，產(chǎn)生持久的激活效應(yīng)，且毒性較低。靶向CTLA-4的伊匹單抗是第一個(gè)被批準(zhǔn)用于癌癥臨床治療的ICI，PD-1/程序性死亡［蛋白］配體-1（programmed death ligand-1，PD-L1）單抗在肺癌、肝癌、結(jié)直腸癌等多種惡性腫瘤中療效顯著，使免疫療法逐漸成為癌癥治療的成熟手段［6-8］。但從大型臨床試驗(yàn)及治療中可以清楚地看到，只有小部分患者對免疫治療產(chǎn)生應(yīng)答，仍存在大量無或低免疫應(yīng)答及復(fù)發(fā)患者。

研究［9］顯示，腫瘤細(xì)胞為維持龐大的合成代謝需求，采用與普通細(xì)胞代謝方式不同的有氧糖酵解方式，即Warburg效應(yīng)，該效應(yīng)消耗1分子葡萄糖，只產(chǎn)生2分子腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP），效率低下，但反應(yīng)速度快，可為高速增殖的癌細(xì)胞提供必需的能量。癌細(xì)胞的高代謝和TME紊亂的脈管系統(tǒng)都可以導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)缺乏，使癌細(xì)胞與浸潤的免疫細(xì)胞之間存在代謝競爭［10］。癌細(xì)胞的高代謝導(dǎo)致低氧和酸性TME，其代謝產(chǎn)物等都是造成免疫抑制的重要因素。因此，細(xì)胞代謝已成為癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞維持生命力和功能的關(guān)鍵。通過對癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞代謝的深入研究可以揭示兩者代謝的機(jī)制及異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)可能的治療窗口并進(jìn)行干預(yù)。通過聯(lián)合治療策略，提高ICI的臨床反應(yīng)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)首先要了解T細(xì)胞參與癌癥免疫應(yīng)答的過程中，不同細(xì)胞亞群的分化與代謝方式的關(guān)系；其次需要了解這些代謝方式在TME中及ICI應(yīng)用后如何受到干擾；最后再嘗試通過不同的代謝干預(yù)措施來增強(qiáng)ICI抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而找到有望應(yīng)用到腫瘤臨床治療的ICI聯(lián)合治療方案。

1 T細(xì)胞增殖分化過程中的代謝方式

T細(xì)胞是介導(dǎo)抗腫瘤免疫的核心［11-12］。其抗腫瘤免疫反應(yīng)依賴于CD4+和CD8+T細(xì)胞與腫瘤抗原的相互作用。接受抗原刺激后的T細(xì)胞在增殖分化過程中，必須保持基本營養(yǎng)物質(zhì)供給和能量需求之間的平衡。不同T細(xì)胞亞群采用相應(yīng)的代謝途徑如糖酵解、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）和脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，F(xiàn)AO），以適應(yīng)TME的營養(yǎng)物質(zhì)水平及能量需求［13］。而這些代謝途徑反過來不僅可以控制T細(xì)胞激活和效應(yīng)功能，也決定T細(xì)胞的分化方向。幼稚或靜息的T細(xì)胞主要依賴OXPHOS途徑生成ATP。一旦T細(xì)胞激活，代謝方式就切換到糖酵解、谷氨酰胺和支鏈氨基酸的分解代謝，導(dǎo)致葡萄糖和氨基酸的攝取增加［14］。激活的T細(xì)胞也會(huì)增加對脂肪酸的攝取，但抑制FAO并促進(jìn)脂類合成，OXPHOS也相應(yīng)增加［15］。除了增強(qiáng)糖酵解外，磷酸戊糖途徑也會(huì)增強(qiáng)葡萄糖代謝，再加上谷氨酰胺分解，共同促進(jìn)基本生物分子合成代謝［16-17］。這些代謝變化是由T細(xì)胞受體和CD28，以及細(xì)胞因子受體激活的下游信號(hào)通路如磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）調(diào)控的。mTOR是T細(xì)胞分化的關(guān)鍵調(diào)控因子，由兩種不同的復(fù)合物mTORC1和mTORC2組成，協(xié)調(diào)細(xì)胞對營養(yǎng)水平和能量狀態(tài)變化的反應(yīng)［18］。mTOR誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）和c-Myc表達(dá)，而HIF-1α和c-Myc都負(fù)反饋調(diào)控mTOR復(fù)合物。C-Myc促進(jìn)有氧糖酵解和谷氨酰胺分解代謝酶的表達(dá)，并微調(diào)這些代謝途徑來進(jìn)行生物合成脂類、氨基酸和核酸［19］。HIF-1α介導(dǎo)T細(xì)胞對氧氣水平的反應(yīng)也會(huì)促進(jìn)葡萄糖的攝取和分解［20］，并合成Teff分泌的細(xì)胞因子，有利于Teff的有效激活和克隆增殖。同時(shí)通過調(diào)節(jié)脂類代謝基因表達(dá)抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）的分化和功能［21］。當(dāng)抗原被清除后，一部分Teff分化成持續(xù)存在的記憶性T細(xì)胞（memory T cell，Tmem），代謝方式也由糖酵解轉(zhuǎn)變?yōu)镺XPHOS介導(dǎo)的分解代謝［22］。

2 TME和ICI對T細(xì)胞代謝的影響

癌細(xì)胞為營養(yǎng)物質(zhì)的攝取創(chuàng)造了一個(gè)葡萄糖、脂質(zhì)、氨基酸及氧氣均有限的TME。mTOR和磷酸腺苷活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）分別調(diào)控T細(xì)胞合成和分解代謝［23］。當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)和能量充分時(shí)，mTOR被激活并誘導(dǎo)以糖酵解為基礎(chǔ)的合成代謝反應(yīng)［24］。而當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)和能量匱乏時(shí)，AMPK途徑激活并抑制mTOR，誘導(dǎo)細(xì)胞代謝轉(zhuǎn)為以線粒體OXPHOS和FAO為基礎(chǔ)的分解代謝［25］，但mTOR和AMPK之間相互作用的機(jī)制尚不明確。Warburg效應(yīng)使癌細(xì)胞消耗葡萄糖并增加乳酸，乳酸可以抑制PI3K/Akt/mTOR通路，從而抑制T細(xì)胞糖酵解并增強(qiáng)FAO［26］。因?yàn)門eff通過糖酵解獲得能量，而Treg則依靠FAO，因此該過程抑制幼稚T細(xì)胞向Teff的分化，并促進(jìn)CD8+腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞凋亡。乳酸還可以通過乳酸脫氫酶B生成丙酮酸和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH），導(dǎo)致丙酮酸生成不平衡和NADH/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）比例升高，通過阻礙有氧糖酵解，減弱T細(xì)胞增殖和效應(yīng)功能［27］。

此外，腫瘤細(xì)胞的特殊生化代謝產(chǎn)物也會(huì)抑制腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞的功能。色氨酸可以激活T細(xì)胞并促進(jìn)其增殖。癌細(xì)胞通過吲哚胺-2,3-雙加氧酶（indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO）和色氨酸-2,3-雙加氧酶（tryptophan-2,3-dioxygenase，TDO）將色氨酸代謝為犬尿氨酸（kynurenine，KYN）［28］，KYN可抑制Teff活性［29］。KYN結(jié)合于芳香烴受體，激活細(xì)胞質(zhì)中的轉(zhuǎn)錄因子［30］并誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Foxp3+Treg［31］。KYN也可誘導(dǎo)腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生，抑制IL-2信號(hào)通路并削弱Tmem的功能［32］。T細(xì)胞激活后，可消耗L-精氨酸進(jìn)行合成代謝并快速增殖。精氨酸是蛋白質(zhì)合成的基本氨基酸，提高精氨酸水平可誘導(dǎo)全面代謝變化，由糖酵解向OXPHOS轉(zhuǎn)變，維持Tmem的生存［33］。在TME中，骨髓來源的抑制細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）分泌精氨酸酶，降解精氨酸，導(dǎo)致T細(xì)胞缺乏精氨酸［34］。靶向精氨酸酶或補(bǔ)充L-精氨酸可提高ICI治療效果［35-37］。另一種具有免疫抑制作用的代謝產(chǎn)物是腺苷，由具有酶活性的CD38、CD39和CD73產(chǎn)生［38］。腺苷通過結(jié)合A2A受體產(chǎn)生環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP），cAMP激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA），PKA介導(dǎo)Akt抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子5（signal transducer and activator of transcription 5，STAT5）磷酸化，抑制T細(xì)胞功能［39-40］。另外，PKA使轉(zhuǎn)錄因子cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element-binding protein，CREB）磷酸化，誘導(dǎo)Treg產(chǎn)生［41］。因?yàn)榱黾?xì)胞、巨噬細(xì)胞高表達(dá)CD38、CD39和CD73，因此TME富含腺苷，維持了TME的抑制性。前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）是一種小分子脂質(zhì)介質(zhì)，由花生四烯酸通過環(huán)氧合酶（cyclooxygenase，COX）-2和微粒體前列腺素E合酶（microsomal prostaglandin E synthase，mPGES）-1合成。PGE2抑制Th1分化、B細(xì)胞功能和T細(xì)胞活化［42-43］。PGE2通過兩種機(jī)制抑制T細(xì)胞的增殖：抑制IL-2的產(chǎn)生以及通過cAMP信號(hào)途徑下調(diào)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體水平［44］。

最新證據(jù)表明，ICI也影響T細(xì)胞的代謝，PD-1/PD-L1配對后PD-1分子細(xì)胞內(nèi)區(qū)招募磷酸酶SHP-2，使TCR和CD28下游信號(hào)去磷酸化［45］，抑制TCR信號(hào)通路介導(dǎo)的T細(xì)胞激活。PD-1信號(hào)通路也影響線粒體超微結(jié)構(gòu)，降低Mic19和Mic14這兩種重要的構(gòu)成線粒體嵴組織蛋白的表達(dá)，減少T細(xì)胞線粒體嵴生成，減弱其去極化，導(dǎo)致線粒體功能障礙［47］。PD-1/PD-L1結(jié)合，使T細(xì)胞代謝重編程，增強(qiáng)內(nèi)源性脂質(zhì)的FAO限速酶基因肉毒堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶1A（carnitine palmitoyltransferase 1A，CPT1A）的表達(dá)，增強(qiáng)FAO，削弱T細(xì)胞的糖酵解、谷氨酰胺分解和支鏈氨基酸代謝，抑制T細(xì)胞活化所需的能量和物質(zhì)合成［46］，但可拯救Teff由糖酵解引起的快速死亡和細(xì)胞終末分化，將代謝平衡向以脂肪為基礎(chǔ)的代謝模式傾斜，使T細(xì)胞壽命得以延長。因此，阻斷PD-1信號(hào)最終會(huì)觸發(fā)Teff糖酵解，導(dǎo)致其終末分化，通過細(xì)胞凋亡造成克隆缺失［48］，結(jié)果Teff的可用性減少。這很可能是抗PD-1單抗單藥治療過程中，部分患者最初有反應(yīng)，但后來無反應(yīng)的原因。

3 調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝聯(lián)合ICI抗腫瘤免疫治療的探索

3.1 AMPK/mTOR

AMPK和mTOR之間的平衡調(diào)節(jié)T細(xì)胞命運(yùn)。Teff依賴mTOR通路，而Tmem更依賴AMPK。治療2型糖尿病的二甲雙胍具有抗癌作用，二甲雙胍使pAMPK的水平升高，mTOR下游蛋白pS6水平下降，延長Tmem壽命。mTOR抑制劑雷帕霉素可增強(qiáng)PD-L1單抗對口腔癌細(xì)胞系MOC1的抑制作用，擴(kuò)增腫瘤浸潤Tmem，增強(qiáng)干擾素-γ分泌，促進(jìn)瘤細(xì)胞主要組織相容性復(fù)合體-Ⅰ（major histocompatibility complex-Ⅰ，MHC-Ⅰ）類分子表達(dá)。Ⅴistusetib（AZD2014）是mTORC1/2雙激酶抑制劑，可促進(jìn)Th1分化，增強(qiáng)Tmem功能和壽命。與CTLA-4、PD-1、PD-L1單抗聯(lián)合應(yīng)用，可抑制腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞的功能耗竭，延長MC-38和CT-26移植瘤動(dòng)物的生存期［49］。另一種mTOR抑制劑依維莫司可上調(diào)腎癌細(xì)胞系PD-L1的表達(dá)，與PD-L1單抗聯(lián)合應(yīng)用，可抑制動(dòng)物模型中腎癌細(xì)胞系786-O和RENCA的生長。TWS119是糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的類似物，可上調(diào)Wnt/β-catenin信號(hào)通路，從而抑制mTOR信號(hào)，誘導(dǎo)干細(xì)胞樣Tmem分化，并促進(jìn)FAO，增強(qiáng)PD-L1單抗的抗腫瘤作用［50］。

3.2 FAO

脂肪酸生物合成及FAO與T細(xì)胞分化密切相關(guān)。Teff增強(qiáng)脂類生物合成，而Tmem降低脂類合成，增強(qiáng)FAO。苯扎貝特是PPAR-1α激動(dòng)劑，促進(jìn)PGC-1α、Cpt1α和LCAD表達(dá)，增強(qiáng)FAO和腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞的ROS，維持其功能，與PD-L1單抗聯(lián)用對肺癌具有明顯的抑制作用［51］。GW501516是PPARα和PPARδ/β激動(dòng)劑，在CD8+T細(xì)胞過繼免疫治療中，可增強(qiáng)其CPT1α表達(dá)，促進(jìn)FAO，促進(jìn)Teff分化，與PD-1單抗聯(lián)用對黑色素瘤動(dòng)物模型具有顯著療效［52］。

3.3 IDO/TDO

干擾素-γ誘導(dǎo)IDO1的上調(diào)和TDO的腫瘤異位表達(dá)，使色氨酸分解代謝產(chǎn)物KYN升高，介導(dǎo)免疫抑制。BGB-5777是IDO1抑制劑，通過拮抗IDO1，抑制色氨酸分解代謝，從而減少KYN的產(chǎn)生，增強(qiáng)Teff功能。與PD-1單抗聯(lián)合可持續(xù)提升進(jìn)展期膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的生存獲益［53］。PEG-KYNase是一種藥物分解酶，可將KYN降解為免疫惰性、無毒、易清除的代謝產(chǎn)物，逆轉(zhuǎn)IDO1/TDO上調(diào)的免疫抑制作用，抑制腫瘤生長。在小鼠移植瘤模型中，PEG-KYNase與PD-L1聯(lián)合治療B16-F10黑色素瘤、4T1乳腺癌及CT26結(jié)腸癌效果顯著［54］。

3.4 精氨酸

L-精氨酸可以促進(jìn)免疫細(xì)胞功能，特別是T細(xì)胞的增殖、分化和體內(nèi)活性。He等［37］建立了帶有原位和轉(zhuǎn)移性骨肉瘤的BALB/c小鼠移植瘤模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，L-精氨酸顯著升高小鼠脾臟CD8+T細(xì)胞數(shù)量、血清干擾素-γ水平，與PD-L1單抗聯(lián)用保護(hù)擴(kuò)增的CD8+T細(xì)胞免于耗竭，并加強(qiáng)這些T細(xì)胞分泌干擾素-γ、顆粒酶B和穿孔素的能力。這種聯(lián)合治療策略可顯著延長骨肉瘤小鼠的生存時(shí)間，提示補(bǔ)充L-精氨酸結(jié)合PD-L1單抗可能是治療骨肉瘤患者的一種有效方法。CB-1158是精氨酸酶抑制劑。Steggerda等［35］研究發(fā)現(xiàn)，CB-1158可緩解MDSC在體內(nèi)外對T細(xì)胞增殖的抑制，與ICI聯(lián)用可提高腫瘤浸潤C(jī)D8+T細(xì)胞和自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞數(shù)量，以及炎性細(xì)胞因子、干擾素誘導(dǎo)的基因表達(dá)如INFA1、ISG15、USP18、IRF5等，對腫瘤細(xì)胞系CT26、B16、4T1體內(nèi)外模型具有明顯的殺傷效果。

3.5 腺苷

腺苷由CD39和CD73活性胞外酶產(chǎn)生，參與TME的免疫抑制。為了阻斷腺苷途徑，Perrot等［55］制備了IPH5201和IPH5301兩種抗體，分別靶向人細(xì)胞膜表面和可溶性CD39和CD73，并有效地阻斷ATP水解為腺苷，這些抗體通過刺激樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及腫瘤特異性T細(xì)胞，促進(jìn)抗腫瘤免疫，將CD39敲入小鼠模型中，IPH5201可增加ATP誘導(dǎo)化療藥物奧沙利鉑的抗腫瘤活性。CPI-444和PBF509是一種有效的、選擇性的A2A受體拮抗劑［56-57］。用二者阻斷A2A受體可以恢復(fù)T細(xì)胞由腺苷引起的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制，促進(jìn)IL-2和干擾素-γ的產(chǎn)生。體外研究［56］發(fā)現(xiàn)，CPI-444聯(lián)合PD-L1單抗或CTLA-4單抗可消除高達(dá)90%的小鼠腫瘤，包括恢復(fù)對PD-L1單抗或CTLA-4單抗單藥治療的不完全免疫應(yīng)答，腫瘤痊愈的小鼠再次接種腫瘤后，生長完全受到抑制，表明CPI-444和PBF509可抑制CD8+Tmem的免疫刪除，延長其壽命。

3.6 COX

黃酮類化合物melafolone和asprin均是COX-2的抑制劑。通過抑制COX-2，抑制PGE2生成，從而抑制腫瘤細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子-β、血管內(nèi)皮生長因子，下調(diào)其表達(dá)PD-L1，抑制下游PI3K/Akt活性，有助于激活Teff，增加顆粒酶B、IL-2、干擾素-γ分泌。與PD-L1單抗聯(lián)用可增強(qiáng)對肺癌、黑色素瘤細(xì)胞的殺傷作用［58-59］。

3.7 線粒體解偶聯(lián)/ROS生成

Chamoto等［60］研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠PD-1單抗治療模型中，引流淋巴結(jié)中腫瘤特異性CD8+T細(xì)胞存在更多的線粒體和ROS。Teff和Tmem的ROS與PD-1單抗對瘤細(xì)胞具有協(xié)同抑制作用。羰基-氰-對-三氟甲氧基苯肼是線粒體解耦聯(lián)劑，可降低T細(xì)胞線粒體膜電位，Luperox是H2O2前體，二者均可促進(jìn)ROS生成，激活PGC-1α及下游信號(hào)，增強(qiáng)Teff功能［60］。

3.8 糖酵解/谷氨酰胺

Sukumar等［61］研究發(fā)現(xiàn)，激活的CD8+T細(xì)胞應(yīng)用糖酵解抑制劑2-脫氧葡萄糖，可提高Teff生成。Leone等［62］研究指出，谷氨酰胺拮抗劑6-diazo-5-oxo-L-norleucine可抑制瘤細(xì)胞OXPHOS和糖酵解，提高TME氧含量，降低酸性，并提高Teff OXPHOS代謝，促進(jìn)Teff分化。二者與PD-1單抗聯(lián)用可提高T細(xì)胞抗腫瘤活性。

4 總結(jié)

隨著ICI被廣泛應(yīng)用于多種實(shí)體瘤免疫治療中，低應(yīng)答率機(jī)制及可能的改善方案是亟待解決的問題。癌細(xì)胞通過其代謝方式形成免疫抑制性的TME，導(dǎo)致T細(xì)胞代謝失衡，造成其功能障礙或耗竭，有利于癌細(xì)胞的生存。通過調(diào)控代謝方式可以幫助T細(xì)胞建立新的代謝平衡并克服功能障礙。本文總結(jié)了免疫代謝對T細(xì)胞的分化，腫瘤免疫監(jiān)視和免疫抑制的調(diào)節(jié)機(jī)制，以及聯(lián)合調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝藥物和ICI在癌癥免疫治療中的作用。深入研究腫瘤和T細(xì)胞代謝方式和精確調(diào)控途徑，并以此為靶點(diǎn)，能夠提高抗腫瘤治療的持續(xù)性和有效性，并提高以免疫治療為基礎(chǔ)的抗腫瘤治療的適用性和療效。