李 靜，徐平龍，陳莎莎

1. 溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 浙江省水環(huán)境與海洋生物資源保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 溫州 325035

2. 浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院，浙江 杭州 310058

3. 浙江大學(xué)生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江省癌癥分子細(xì)胞生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310058

4. 浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心智能醫(yī)藥研究所，浙江 杭州 311200

5. 浙江大學(xué)癌癥研究院，浙江 杭州 310058

線粒體是由原核生物α-變形菌進(jìn)化而來(lái)的存在于大多數(shù)真核細(xì)胞中的一種功能多樣的細(xì)胞器，由線粒體外膜和內(nèi)膜、線粒體膜間隙、線粒體內(nèi)膜嵴以及線粒體基質(zhì)五種不同結(jié)構(gòu)組成［1-2］。線粒體是動(dòng)物細(xì)胞除細(xì)胞核外唯一具有DNA 的細(xì)胞器，mtDNA 是一個(gè)環(huán)狀DNA，能編碼氧化磷酸化復(fù)合物形成所需的13 種蛋白質(zhì)、22 種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA 和2 種線粒體RNA 翻譯所需的核糖體RNA［3-4］。作為細(xì)胞能量代謝和生物合成的中心，線粒體通過(guò)氧化磷酸化過(guò)程產(chǎn)生ATP 以維持細(xì)胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)［2］，同時(shí)代謝中間產(chǎn)物則是生物合成途徑的重要參與者［2，5］。此外，線粒體通過(guò)釋放mtDNA、mtROS 和代謝產(chǎn)物等參與調(diào)節(jié)包括細(xì)胞能量代謝、細(xì)胞命運(yùn)決定和免疫反應(yīng)在內(nèi)的多種細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程。因此，越來(lái)越多的研究表明線粒體功能障礙與包括自身免疫性疾病在內(nèi)的多種疾病發(fā)生有關(guān)［6-8］，而且功能異常的線粒體是細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的驅(qū)動(dòng)力［9-10］。

腫瘤細(xì)胞通過(guò)重編程相關(guān)代謝途徑來(lái)適應(yīng)不斷增加的能量和生物合成需求。在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤發(fā)展驅(qū)動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)耗竭和代謝副產(chǎn)物過(guò)度產(chǎn)生，通過(guò)調(diào)控腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞的代謝重編程及相關(guān)信號(hào)活化控制不同類(lèi)型免疫細(xì)胞極化，誘導(dǎo)代謝失常介導(dǎo)的抗腫瘤免疫應(yīng)答缺失，幫助建立免疫抑制的腫瘤微環(huán)境。線粒體作為細(xì)胞內(nèi)具有多種生物學(xué)功能且高度變化的細(xì)胞器［11-12］，在調(diào)節(jié)代謝和激活免疫細(xì)胞方面具有關(guān)鍵調(diào)控作用［13］。研究顯示，腫瘤微環(huán)境中包括腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞的線粒體功能異常是癌癥發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移的重要原因［14-15］。

本文圍繞線粒體與抗腫瘤免疫應(yīng)答之間的關(guān)系，探討線粒體與免疫細(xì)胞活化，線粒體重要組分mtDNA和mtROS在腫瘤發(fā)生發(fā)展、免疫抑制的腫瘤微環(huán)境生成和腫瘤免疫逃逸中的重要調(diào)控作用，旨在深入了解線粒體在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的核心作用，以期為開(kāi)發(fā)靶向線粒體的抗腫瘤免疫治療策略提供依據(jù)。

1 線粒體調(diào)控免疫細(xì)胞活化、增殖和分化

不同種類(lèi)和不同表型的免疫細(xì)胞具有特定的代謝需求，其活化狀態(tài)受到多條信號(hào)通路調(diào)控。線粒體動(dòng)力學(xué)和能量代謝途徑變化在免疫細(xì)胞活化、增殖和分化過(guò)程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用［14］。

線粒體調(diào)控T淋巴細(xì)胞的活化、增殖和分化。初始T 細(xì)胞的線粒體形態(tài)多為碎片化和圓球狀，氧化磷酸化和脂肪酸氧化是維持其靜止?fàn)顟B(tài)下能量需求的主要途徑［16］。而當(dāng)T 淋巴細(xì)胞被激活時(shí)，有氧糖酵解和脂肪酸合成相關(guān)信號(hào)活性顯著增加，從而維持其增殖和分化能力并促進(jìn)其發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)功能［17］；同時(shí)線粒體在T 細(xì)胞受體簇下方聚集［18］，活化的T 細(xì)胞受體通過(guò)上調(diào)鈣調(diào)磷酸酶活性活化動(dòng)力學(xué)相關(guān)蛋白1［19-20］，并誘導(dǎo)線粒體進(jìn)一步分裂和線粒體內(nèi)膜嵴松弛，線粒體數(shù)增加和內(nèi)膜嵴松弛可通過(guò)控制糖酵解相關(guān)信號(hào)在效應(yīng)T 細(xì)胞活化中發(fā)揮重要調(diào)控作用［21］。此外，線粒體在T 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞命運(yùn)決定過(guò)程中同樣發(fā)揮重要作用。T淋巴細(xì)胞活化過(guò)程中，線粒體在T 淋巴細(xì)胞和抗原提呈細(xì)胞形成的免疫突觸中積累［18］，T 細(xì)胞受體活化刺激線粒體生成活性氧和ATP，在維持鈣離子穩(wěn)態(tài)和調(diào)控其下游相關(guān)信號(hào)活化中至關(guān)重要［18，22］。而當(dāng)活化的T 細(xì)胞向記憶T 細(xì)胞或調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞發(fā)展時(shí)，線粒體則從分裂狀態(tài)逐漸融合形成長(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)，線粒體內(nèi)膜嵴變得緊密，隨后細(xì)胞代謝狀態(tài)轉(zhuǎn)向脂肪酸氧化和氧化磷酸化，以維持細(xì)胞表型、存活和功能轉(zhuǎn)變［21，23-25］。在腫瘤組織中，腫瘤細(xì)胞對(duì)腫瘤微環(huán)境中葡萄糖和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的潛在競(jìng)爭(zhēng)則會(huì)抑制免疫細(xì)胞的代謝和功能［26-27］。在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤浸潤(rùn)性T 細(xì)胞長(zhǎng)期處于高度氧化應(yīng)激狀態(tài)，由于葡萄糖和氧氣缺乏環(huán)境介導(dǎo)的代謝不足［28-31］和Akt1-PGC1α 信號(hào)介導(dǎo)的線粒體功能和質(zhì)量持續(xù)損傷［32］，其細(xì)胞增殖能力、生物膜結(jié)構(gòu)完整性和相關(guān)信號(hào)通路活化水平受到嚴(yán)重影響，T 淋巴細(xì)胞抗腫瘤免疫效應(yīng)和相關(guān)細(xì)胞因子產(chǎn)生遭到嚴(yán)重破壞［30］，最終引發(fā)免疫抑制和腫瘤免疫逃逸。

線粒體調(diào)控NK細(xì)胞活化。NK細(xì)胞是天然的細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞，其細(xì)胞活性與葡萄糖代謝水平顯著相關(guān)。當(dāng)葡萄糖水平升高時(shí)，NK細(xì)胞活性顯著增強(qiáng)［33］。活化的NK細(xì)胞糖酵解能力、基礎(chǔ)氧化磷酸化速率和最大呼吸能力均顯著增加［33］；而當(dāng)其向記憶階段過(guò)渡時(shí)，線粒體自噬相關(guān)蛋白BNIP3-BNIP3L 通過(guò)誘導(dǎo)線粒體自噬去除損傷線粒體并減少活性氧的生成，促進(jìn)記憶性NK細(xì)胞的形成［34］。研究顯示，在低氧腫瘤微環(huán)境中，腫瘤浸潤(rùn)NK細(xì)胞的線粒體形態(tài)相較于正常NK細(xì)胞呈現(xiàn)出顯著的碎片化分裂狀態(tài)［35］，NK細(xì)胞活性和腫瘤殺傷能力明顯降低并喪失腫瘤免疫監(jiān)視能力［35］。

線粒體參與巨噬細(xì)胞極化。線粒體在巨噬細(xì)胞極化過(guò)程中同樣起關(guān)鍵作用。巨噬細(xì)胞主要可以分為兩個(gè)亞型，由脂多糖/γ 干擾素激活的M1 型促炎巨噬細(xì)胞和由IL-4 激活的M2 型抗炎巨噬細(xì)胞，其中巨噬細(xì)胞向M1 型極化時(shí)，細(xì)胞內(nèi)代謝反應(yīng)從氧化磷酸化轉(zhuǎn)為有氧糖酵解，細(xì)胞內(nèi)活性氧水平升高［36］，且在這一過(guò)程中線粒體分裂增加。而當(dāng)細(xì)胞向M2 型極化時(shí)，細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化和脂肪酸氧化水平顯著增高，且線粒體呈現(xiàn)出融合變長(zhǎng)狀態(tài)［37-38］。

綜上，從氧化磷酸化到糖酵解的代謝轉(zhuǎn)變和線粒體形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化會(huì)導(dǎo)致免疫細(xì)胞極性和表型的改變，從而影響免疫細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)。因此，深入研究線粒體動(dòng)力學(xué)和代謝在抗腫瘤免疫中的作用，對(duì)于調(diào)控抗腫瘤免疫和研發(fā)抗腫瘤藥物具有重要的推動(dòng)作用。

2 線粒體DNA在抗腫瘤免疫中的作用

線粒體基因組突變是癌癥突變基因組的重要組成部分［39］，mtDNA 功能障礙和基因突變與癌癥的發(fā)生密切相關(guān)。線粒體基因拷貝數(shù)異常、基因異常表達(dá)和mtDNA 表觀遺傳學(xué)修飾改變經(jīng)常通過(guò)調(diào)控細(xì)胞代謝、活性氧生成和細(xì)胞間相互作用等方式影響癌癥的發(fā)生和惡性轉(zhuǎn)化［40］，且mtDNA 基因突變類(lèi)型、位置和異質(zhì)性水平能賦予癌細(xì)胞不同程度的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)［39-40］。值得注意的是，mtDNA 作為細(xì)胞內(nèi)常見(jiàn)的DAMP，其斷裂和釋放也是線粒體功能障礙介導(dǎo)機(jī)體炎癥發(fā)生的關(guān)鍵因素［41-42］。線粒體功能障礙介導(dǎo)的mtDNA泄露已被證明在衰老相關(guān)的慢性炎癥中發(fā)揮重要作用［43］。

維持線粒體穩(wěn)態(tài)對(duì)于細(xì)胞的能量代謝、命運(yùn)決定等具有重要意義。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，生物體形成了一套包括線粒體動(dòng)力學(xué)、生物合成、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)和線粒體自噬在內(nèi)的完整的線粒體質(zhì)量控制系統(tǒng)，用于維持線粒體結(jié)構(gòu)和功能的完整性［12，44］。功能障礙線粒體通過(guò)MDV，將線粒體成分?jǐn)D入細(xì)胞外囊泡，對(duì)細(xì)胞器穩(wěn)態(tài)具有重要的調(diào)控作用［45］。在此過(guò)程中，氧化的mtDNA 通過(guò)MDV 進(jìn)入內(nèi)體-溶酶體途徑，并通過(guò)外泌體進(jìn)入細(xì)胞外空間，觸發(fā)多種炎癥和抗炎調(diào)節(jié)途徑，從而引發(fā)相關(guān)免疫反應(yīng)［46］。

2.1 線粒體DNA 介導(dǎo)天然免疫信號(hào)活化調(diào)控抗腫瘤免疫

盡管多項(xiàng)研究表明mtDNA 在天然免疫活化中的重要性，但目前對(duì)于mtDNA 從線粒體基質(zhì)到細(xì)胞質(zhì)的易位機(jī)制尚不明確。2014年的兩項(xiàng)獨(dú)立研究顯示，mtDNA 在線粒體凋亡過(guò)程中釋放［47-48］，后續(xù)研究進(jìn)一步表明凋亡相關(guān)的線粒體外膜通透化在mtDNA 釋放中具有重要調(diào)控作用［41-42］。此外，用于代謝物和離子運(yùn)輸?shù)碾妷阂蕾?lài)性陰離子通道能夠在線粒體外膜形成寡聚體，短mtDNA 片段從這些寡聚體進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)并觸發(fā)Ⅰ型干擾素信號(hào)［49］；細(xì)胞應(yīng)激介導(dǎo)線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔形成參與短mtDNA 片段釋放［50-51］。mtDNA 釋放到細(xì)胞質(zhì)中后能夠被cGAS、TLR9 和NLRP3 等模式識(shí)別受體識(shí)別，從而活化下游相關(guān)炎癥信號(hào)通路。在腫瘤微環(huán)境中，mtDNA 的細(xì)胞外泄露主要由外泌體、微泡和凋亡小體組成的細(xì)胞外囊泡所介導(dǎo)，mtDNA 能夠通過(guò)直接接觸或者M(jìn)DV 進(jìn)入細(xì)胞外囊泡，隨后由囊泡運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞外空間，在細(xì)胞死亡過(guò)程中，mtDNA 能夠通過(guò)機(jī)械性損傷介導(dǎo)的細(xì)胞膜破裂被動(dòng)釋放到細(xì)胞外［52］。盡管許多報(bào)道表明含有mtDNA 的細(xì)胞外囊泡是影響代謝和促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的關(guān)鍵成分［46，53-57］，但MDV調(diào)控mtDNA轉(zhuǎn)運(yùn)的具體機(jī)制仍不明確。

當(dāng)mtDNA 完整性、復(fù)制和損傷修復(fù)異常導(dǎo)致mtDNA 泄露時(shí)，細(xì)胞質(zhì)定位的DNA 識(shí)別受體cGAS 能迅速識(shí)別mtDNA 并誘導(dǎo)第二信使2′3′-cGAMP 生成，隨后2′3′-cGAMP 通過(guò)激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的接頭蛋白STING 介導(dǎo)下游Ⅰ型干擾素信號(hào)通路和相關(guān)炎癥反應(yīng)活化［41］。近年來(lái)的研究顯示，cGAS-STING 信號(hào)活化在抗腫瘤免疫中具有重要的調(diào)節(jié)作用。在許多類(lèi)型的癌癥中，腫瘤T 細(xì)胞浸潤(rùn)與總體預(yù)后呈正相關(guān)［58］，腫瘤特異性的適應(yīng)性免疫應(yīng)答包括細(xì)胞毒性T 細(xì)胞（CD8+T細(xì)胞）激活都依賴(lài)于抗原提呈細(xì)胞的Ⅰ型干擾素信號(hào)，而cGAS-STING 信號(hào)是介導(dǎo)Ⅰ型干擾素信號(hào)活化的重要通路［59］。使用小分子藥物激活cGAS-STING 信號(hào)能夠通過(guò)觸發(fā)相關(guān)天然免疫信號(hào)，激活包括樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、NK 細(xì)胞、CD4+和CD8+T細(xì)胞在內(nèi)的多種免疫細(xì)胞，導(dǎo)致體內(nèi)多種腫瘤明顯變小甚至完全消失［60-62］。研究表明，在包括結(jié)腸癌和黑色素瘤在內(nèi)的多種小鼠皮下成瘤模型中，通過(guò)瘤內(nèi)注射2′3′-cGAMP 激活STING 可刺激活化CD8+T 細(xì)胞的腫瘤浸潤(rùn)，并促進(jìn)腫瘤清除［63-66］?？偟膩?lái)說(shuō)，STING 依賴(lài)的干擾素調(diào)節(jié)因子3的活化通過(guò)連接天然免疫和適應(yīng)性免疫在CD8+T 細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤應(yīng)答中起重要作用。然而，已有報(bào)道也表明在某些細(xì)胞類(lèi)型中，STING 激活可能具有促進(jìn)腫瘤的作用［67］。癌細(xì)胞通過(guò)抑制下游Ⅰ型干擾素和經(jīng)典N(xiāo)F-κB 信號(hào)活化，促進(jìn)STING 依賴(lài)的非經(jīng)典N(xiāo)F-κB 信號(hào)，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力，如染色體不穩(wěn)定性通過(guò)活化STING 依賴(lài)的非經(jīng)典N(xiāo)F-κB 信號(hào)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移［68］；乳腺癌和肺癌腦轉(zhuǎn)移模型中，腫瘤細(xì)胞通過(guò)腫瘤細(xì)胞-星形膠質(zhì)細(xì)胞間隙連接通道將2′3′-cGAMP傳遞給星形膠質(zhì)細(xì)胞并激活其STING 信號(hào)，促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生，隨后活化腦轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白1 和NF-κB 信號(hào)，從而支持腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和化療耐藥［69］。

TLR9 通過(guò)識(shí)別mtDNA 的CpG 結(jié)構(gòu)域并活化下游MAPK 和NF-κB 信號(hào)，促進(jìn)相關(guān)炎癥反應(yīng)發(fā)生［70-71］。值得注意的是，泄露到細(xì)胞外的mtDNA還可以通過(guò)激活臨近免疫細(xì)胞的TLR9 和cGASSTING 信號(hào)參與包括巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞在內(nèi)的多種免疫細(xì)胞的極化和功能調(diào)控［42，72］。NLRP3 作為細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的多組分蛋白復(fù)合體，能夠識(shí)別泄漏到細(xì)胞質(zhì)中的mtDNA 并活化下游caspase-1，促進(jìn)IL-1 和IL-18 前體剪切活化，招募巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和T 淋巴細(xì)胞參與相關(guān)免疫反應(yīng)［73-78］，但同時(shí)NLRP3和caspase的活化也能夠進(jìn)一步介導(dǎo)線粒體損傷并促進(jìn)mtDNA泄露［79-80］。

在腫瘤誘導(dǎo)的線粒體應(yīng)激過(guò)程中，mtDNA 會(huì)釋放到細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞外空間并介導(dǎo)多個(gè)天然免疫信號(hào)活化，這個(gè)過(guò)程對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。如在原發(fā)性肝細(xì)胞肝癌中，動(dòng)力學(xué)相關(guān)蛋白1過(guò)表達(dá)介導(dǎo)的線粒體功能障礙可通過(guò)釋放mtDNA 活化TLR9-NF-κB 信號(hào)，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞趨化因子配體2 的分泌，從而促進(jìn)TAM 的招募和極化，推動(dòng)癌癥發(fā)展［81］。在食管鱗狀細(xì)胞癌中，動(dòng)力學(xué)相關(guān)蛋白1 過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)線粒體功能障礙和細(xì)胞質(zhì)mtDNA 應(yīng)激，隨后通過(guò)激活cGASSTING 信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，推動(dòng)癌癥發(fā)展進(jìn)程［82］。值得注意的是，活性氧應(yīng)激能夠誘導(dǎo)含有mtDNA 和PD-L1 的細(xì)胞外囊泡生成來(lái)調(diào)節(jié)腫瘤組織周?chē)奈h(huán)境［55，57］，細(xì)胞外囊泡隨后通過(guò)促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌干擾素和IL-6 來(lái)抑制腫瘤微環(huán)境中的T 細(xì)胞免疫。最近的報(bào)道表明，多種癌癥患者的外泌體PD-L1 水平升高，且與mtDNA 和γ 干擾素的產(chǎn)生呈正相關(guān)［55，83］?？偟膩?lái)說(shuō)，目前多篇報(bào)道表明含有mtDNA 的細(xì)胞外囊泡是影響代謝和促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的關(guān)鍵成分，依賴(lài)于MDV的線粒體質(zhì)量控制系統(tǒng)對(duì)于細(xì)胞的生存和炎癥特性非常重要［56］。因此，通過(guò)對(duì)MDV 生物發(fā)生途徑的內(nèi)容物選擇性攝取，及其調(diào)節(jié)線粒體穩(wěn)態(tài)的機(jī)制研究將為尋找腫瘤治療新手段提供一個(gè)新角度。

2.2 線粒體DNA 介導(dǎo)的免疫原性細(xì)胞死亡增強(qiáng)宿主抗腫瘤免疫響應(yīng)

生理?xiàng)l件下，caspase 依賴(lài)的細(xì)胞凋亡是一個(gè)免疫沉默的過(guò)程［84］。caspase 通過(guò)阻斷瀕死細(xì)胞產(chǎn)生和分泌相關(guān)炎性細(xì)胞因子，抑制DAMP 介導(dǎo)的相關(guān)免疫信號(hào)［41，85］，避免鄰近細(xì)胞不必要的免疫激活。如在細(xì)胞凋亡過(guò)程中，線粒體外膜通透化的形成能夠誘導(dǎo)細(xì)胞自噬并通過(guò)內(nèi)體溶酶體途徑清除受損線粒體，從而減弱mtDNA 介導(dǎo)的免疫信號(hào)響應(yīng)［86］。然而，在某些病理?xiàng)l件下，caspase 依賴(lài)的mtDNA 釋放或自噬抑制可能將這種免疫沉默的細(xì)胞死亡形式轉(zhuǎn)化為免疫原性細(xì)胞死亡。最近的研究顯示，自噬信號(hào)缺失的小鼠在放射治療后，其乳腺癌細(xì)胞中由Ⅰ型干擾素介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致這一反應(yīng)發(fā)生的原因并非細(xì)胞核DNA 損傷，而是mtDNA 泄露［87］。在caspase缺乏的情況下，線粒體外膜通透化通過(guò)激活mtDNA-STING 信號(hào)發(fā)揮強(qiáng)大的抗腫瘤作用［88］。其他研究也報(bào)道通過(guò)藥物抑制caspase 活性聯(lián)合細(xì)胞毒性治療可增強(qiáng)宿主的抗腫瘤免疫反應(yīng)［89-91］。這些發(fā)現(xiàn)表明在細(xì)胞凋亡過(guò)程中，通過(guò)調(diào)控caspase和細(xì)胞自噬活性推動(dòng)由mtDNA-干擾素信號(hào)介導(dǎo)的免疫原性細(xì)胞死亡是極具潛力的抗腫瘤治療方式。

3 線粒體活性氧在腫瘤免疫逃逸中的關(guān)鍵調(diào)控作用

細(xì)胞氧化應(yīng)激是指細(xì)胞由于遭受有害刺激或發(fā)生劇烈的代謝改變，細(xì)胞內(nèi)高活性分子如活性氧自由基產(chǎn)生過(guò)多，氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡，從而導(dǎo)致細(xì)胞損傷的過(guò)程［56］。線粒體是細(xì)胞內(nèi)最主要的活性氧生成細(xì)胞器，通過(guò)有氧呼吸中的電子傳遞鏈和氧化磷酸化過(guò)程產(chǎn)生活性氧［92］。生理?xiàng)l件下，低水平的活性氧作為細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要調(diào)控分子，參與調(diào)控基因表達(dá)、細(xì)胞增殖、分化和應(yīng)激反應(yīng)等多種細(xì)胞生命活動(dòng)，但細(xì)胞內(nèi)活性氧水平過(guò)高則會(huì)造成核質(zhì)和線粒體DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化損傷，并最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷。因此，保持細(xì)胞內(nèi)活性氧生成和消耗的動(dòng)態(tài)平衡對(duì)于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和機(jī)體健康具有重要意義［93］。

相較于正常細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞往往攜帶更多活性氧，包括促癌基因激活、腫瘤抑制功能喪失、線粒體活性改變和組織炎癥在內(nèi)的多個(gè)促腫瘤事件均會(huì)導(dǎo)致活性氧過(guò)量生成，而活性氧介導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)又會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)炎癥、纖維化和腫瘤等疾病的病理進(jìn)程［93-95］?；钚匝踝鳛槟[瘤發(fā)生的重要媒介，在腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，以及血管生成、炎癥和免疫逃逸等不同方面均有重要調(diào)控作用，幫助腫瘤細(xì)胞適應(yīng)嚴(yán)峻的生存環(huán)境，且其介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)還可以改變腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞組成，影響微環(huán)境的免疫抑制性［93］。需要注意的是，活性氧在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中是一把雙刃劍，化療和放療可能通過(guò)刺激腫瘤細(xì)胞內(nèi)活性氧大量生成，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡并增加抗腫瘤治療的敏感性［15，56，96］。

3.1 活性氧促進(jìn)腫瘤免疫抑制微環(huán)境形成

目前研究普遍認(rèn)為腫瘤微環(huán)境是一種慢性炎癥環(huán)境，活性氧在炎癥性微環(huán)境形成中起著核心調(diào)控作用［97］，并最終推動(dòng)癌癥的發(fā)生發(fā)展。如腫瘤細(xì)胞可通過(guò)誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子分泌，穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子-1α，激活A(yù)MPK 信號(hào)，促進(jìn)NADPH產(chǎn)生等途徑來(lái)適應(yīng)高活性氧環(huán)境，避免細(xì)胞死亡，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移和血管生成［93，98］?；钚匝蹩梢酝ㄟ^(guò)誘導(dǎo)MAPK 信號(hào)活化，調(diào)控IL-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子α 等NF-κB 介導(dǎo)的炎癥因子的分泌［99-101］，調(diào)控腫瘤細(xì)胞炎癥反應(yīng)?；钚匝踹€參與調(diào)控腫瘤微環(huán)境中決定癌癥進(jìn)展的相關(guān)免疫細(xì)胞活化狀態(tài)，高水平活性氧通過(guò)抑制微環(huán)境中浸潤(rùn)性T細(xì)胞表面的T細(xì)胞受體-抗原肽-MHC復(fù)合物形成，抑制T淋巴細(xì)胞活化，致使腫瘤細(xì)胞逃避免疫系統(tǒng)攻擊，從而促進(jìn)癌癥進(jìn)展［102］。研究還發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞和微環(huán)境中的免疫抑制細(xì)胞協(xié)同作用誘導(dǎo)mtROS 產(chǎn)生，幫助腫瘤組織建立免疫耐受［103-107］。

線粒體質(zhì)量控制系統(tǒng)中的AAA 蛋白酶Lon與多種蛋白相互作用誘導(dǎo)活性氧生成，通過(guò)介導(dǎo)NF-κB 信號(hào)軸活化增強(qiáng)下游相關(guān)信號(hào)的活性，推動(dòng)腫瘤發(fā)生發(fā)展［108-113］。在腫瘤中高表達(dá)的缺氧誘導(dǎo)因子-1α 通過(guò)誘導(dǎo)Lon 表達(dá)促進(jìn)mtROS 的產(chǎn)生［108］；Lon 通過(guò)與吡咯啉-5-羧酸還原酶1 相互作用上調(diào)mtROS 生成，從而活化mtROS-NF-κB 信號(hào)軸誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞釋放IL-6、γ 干擾素、TGF-β 和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等細(xì)胞因子，調(diào)控腫瘤細(xì)胞炎癥反應(yīng)和增殖潛能，最終推動(dòng)腫瘤組織建立免疫抑制的腫瘤微環(huán)境［110］。最近的一項(xiàng)研究表明，順鉑治療過(guò)程中，mtROS 通過(guò)促進(jìn)Lon 蛋白表達(dá)活化鈉離子/鈣離子通道蛋白NCLX 調(diào)控細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平，抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，增加腫瘤細(xì)胞在活性氧脅迫下的順鉑抗性［114］。

3.2 線粒體活性氧對(duì)腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞活化的影響

為避免高水平活性氧對(duì)免疫細(xì)胞的有害影響，機(jī)體內(nèi)存在一套嚴(yán)密的調(diào)控機(jī)制以保持免疫細(xì)胞活性和活性氧水平之間的微妙平衡［115］。在NK 細(xì)胞和T 淋巴細(xì)胞中精確控制活性氧水平可以防止其對(duì)其他淋巴細(xì)胞造成損傷。有研究表明，在腫瘤微環(huán)境中，IL-15 誘導(dǎo)NK 細(xì)胞通過(guò)硫氧還蛋白系統(tǒng)獲得抗氧化應(yīng)激的能力，并有利于保護(hù)腫瘤微環(huán)境內(nèi)其他淋巴細(xì)胞免受活性氧的侵害［116］?？鼓[瘤免疫過(guò)程中，活化的T 淋巴細(xì)胞和NK 細(xì)胞通過(guò)增加活性氧生成募集中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，最終達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的目的［117］，而另一方面，升高的活性氧又可以通過(guò)缺氧誘導(dǎo)因子1α［107］等多種途徑促進(jìn)免疫抑制細(xì)胞如骨髓源性抑制細(xì)胞、TAM 和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的轉(zhuǎn)化［56，93］，支持腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，例如腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞通過(guò)增加周?chē)鷨魏思?xì)胞的氧化應(yīng)激，促進(jìn)其向骨髓源性抑制細(xì)胞轉(zhuǎn)化，從而抑制CD8+T細(xì)胞的增殖［118-119］，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。因此，了解惡性腫瘤中活性氧與免疫細(xì)胞活化之間的復(fù)雜性是探索活性氧靶向癌癥治療潛力的關(guān)鍵。

作為信號(hào)中間體，活性氧生成和消耗的平衡在T 細(xì)胞活化、促進(jìn)T 細(xì)胞抗原特異性增殖和細(xì)胞凋亡等方面均具有重要調(diào)控作用［120-121］。適度的活性氧水平對(duì)于T淋巴細(xì)胞的正?；罨头只陵P(guān)重要，但高水平活性氧則通過(guò)上調(diào)凋亡相關(guān)因子Fas 和下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2 表達(dá)促進(jìn)T 細(xì)胞凋亡［122］。此外，細(xì)胞外活性氧還能通過(guò)改變抗原提呈細(xì)胞中抗原肽的免疫原性影響T細(xì)胞的激活［123］。免疫原性細(xì)胞死亡過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)包括ATP、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣調(diào)蛋白和高遷移率族蛋白B1在內(nèi)的多種DAMP 泄露到細(xì)胞外空間，隨后這些DAMP通過(guò)與樹(shù)突狀細(xì)胞上的受體相互作用激活樹(shù)突狀細(xì)胞，并最終引發(fā)T 淋巴細(xì)胞的抗腫瘤免疫反應(yīng)［124］，靶向清除腫瘤細(xì)胞外活性氧可以增加T 淋巴細(xì)胞的腫瘤浸潤(rùn)，恢復(fù)免疫原性細(xì)胞死亡誘導(dǎo)的T 細(xì)胞抗腫瘤免疫［125］。此外，調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞中還原性谷胱甘肽缺乏會(huì)引發(fā)絲氨酸代謝異常，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Foxp3表達(dá)下調(diào)，最終導(dǎo)致調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的免疫抑制功能減弱［126］。這些研究表明，活性氧水平和持續(xù)生成能力在免疫原性細(xì)胞死亡發(fā)生及其是否引發(fā)有效的抗腫瘤免疫中具有關(guān)鍵作用［127-128］。

長(zhǎng)期以來(lái)，活性氧都被認(rèn)為是線粒體的有害代謝物［129］，但近年來(lái)研究表明mtROS 是防止過(guò)度免疫反應(yīng)所必需的信號(hào)分子，特別是在調(diào)控巨噬細(xì)胞的免疫響應(yīng)方面具有關(guān)鍵作用［130］。正常情況下，活性氧在不同條件下通過(guò)調(diào)控相關(guān)信號(hào)通路影響巨噬細(xì)胞極化［93，131］。此外，活性氧在極化的巨噬細(xì)胞中同樣也具有重要的調(diào)控作用，如M1 型巨噬細(xì)胞通過(guò)Nox2 信號(hào)產(chǎn)生活性氧激活NF-κB 信號(hào)，增強(qiáng)細(xì)胞吞噬作用［132］，但高水平的活性氧對(duì)巨噬細(xì)胞有害［133］。而在腫瘤發(fā)生過(guò)程中，巨噬細(xì)胞又可以成為腫瘤微環(huán)境中占比較多的維持腫瘤組織免疫穩(wěn)態(tài)的免疫細(xì)胞群。腫瘤細(xì)胞通過(guò)分泌腫瘤源性因子重塑腫瘤外周和遠(yuǎn)端微環(huán)境，這些因子可以刺激微環(huán)境中定植和循環(huán)的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞活化，并加速腫瘤進(jìn)展［56］。盡管TAM 可以展現(xiàn)出促炎M1 型和抗炎M2 型兩種極化形式，但隨著研究的進(jìn)展，目前普遍共識(shí)均傾向于認(rèn)為T(mén)AM 表現(xiàn)出與M2型巨噬細(xì)胞相似的功能，通過(guò)分泌多種細(xì)胞因子、趨化因子和蛋白酶促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移、血管生成和免疫抑制［134-136］。已有研究發(fā)現(xiàn)，線粒體Lon 在M2型巨噬細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)［110］，暗示在腫瘤發(fā)生過(guò)程中，巨噬細(xì)胞可能存在多個(gè)信號(hào)通過(guò)調(diào)控Lon 表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)mtROS產(chǎn)生，在TAM分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

由單核細(xì)胞分化而來(lái)的樹(shù)突狀細(xì)胞具有抗原提呈和活化T 細(xì)胞的能力，在啟動(dòng)和控制免疫反應(yīng)中同樣具有重要的作用［137］。樹(shù)突狀細(xì)胞的成熟過(guò)程受到不同類(lèi)型刺激的調(diào)控，當(dāng)未成熟的樹(shù)突狀細(xì)胞受到促炎性細(xì)胞因子IL-6 或者TLR配體脂多糖的刺激時(shí)，其會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀磉_(dá)CD80、CD86 和IL-6 的成熟樹(shù)突狀細(xì)胞，并啟動(dòng)效應(yīng)T細(xì)胞應(yīng)答信號(hào)［138］。而當(dāng)樹(shù)突狀細(xì)胞受到調(diào)節(jié)因子IL-10、TGF-β、維生素D3 和皮質(zhì)類(lèi)固醇刺激時(shí)，則會(huì)轉(zhuǎn)變成表達(dá)IL-10、吲哚胺2，3-二氧酶和PD-L1 的耐受性樹(shù)突狀細(xì)胞，又稱(chēng)為調(diào)節(jié)性樹(shù)突狀細(xì)胞，最終導(dǎo)致效應(yīng)T 細(xì)胞的分化受損或調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞活化［138］。腫瘤微環(huán)境通過(guò)誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性樹(shù)突狀細(xì)胞和骨髓源性抑制細(xì)胞分化，促進(jìn)免疫抑制性微環(huán)境的形成［139-141］。此外腫瘤細(xì)胞和TAM 分泌的TGF-β 和IL-10 還可以抑制樹(shù)突狀細(xì)胞介導(dǎo)的抗原提呈和適應(yīng)性免疫反應(yīng)［142-144］。越來(lái)越多的研究表明，腫瘤微環(huán)境中活性氧的濃度在調(diào)控免疫細(xì)胞的細(xì)胞毒性或免疫抑制作用中具有重要作用［145-148］。長(zhǎng)期暴露在活性氧微環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致機(jī)體處于慢性炎癥狀態(tài)［146］，而不同的炎癥環(huán)境決定了樹(shù)突狀細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞之間的抗原交叉提呈能力［149］，因此不同的活性氧應(yīng)激水平可能導(dǎo)致不同功能類(lèi)型的樹(shù)突狀細(xì)胞活化［149］。此前的研究表明，T 淋巴細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞在抗原提呈過(guò)程中均表現(xiàn)出細(xì)胞內(nèi)活性氧的升高［150］。然而，也有研究顯示在老化的樹(shù)突狀細(xì)胞中，活性氧的濃度升高會(huì)阻礙樹(shù)突狀細(xì)胞的抗原交叉提呈和促炎能力，從而破壞樹(shù)突狀細(xì)胞的腫瘤殺傷作用［151］。

4 結(jié) 語(yǔ)

線粒體通過(guò)生成大量ATP 為細(xì)胞生命活動(dòng)提供充足能量，同時(shí)在生物大分子合成代謝、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫細(xì)胞活化、細(xì)胞命運(yùn)決定等多個(gè)方面具有重要的調(diào)控功能。本文通過(guò)探究線粒體代謝和生物合成、線粒體重要信號(hào)調(diào)控組分mtDNA 和mtROS 與腫瘤微環(huán)境以及免疫系統(tǒng)之間復(fù)雜的相互作用（圖1），旨在從線粒體與腫瘤免疫的角度為開(kāi)發(fā)新的抗腫瘤免疫療法提供思路。

圖1 線粒體調(diào)控腫瘤免疫的經(jīng)典途徑Figure 1 Schematic diagram of typical modes of mitochondria-related tumor immunity

線粒體能量代謝和生物合成在免疫細(xì)胞的活化過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用，而腫瘤細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)性消耗葡萄糖和腫瘤缺氧微環(huán)境則會(huì)通過(guò)介導(dǎo)線粒體損傷和活性氧大量生成，導(dǎo)致免疫細(xì)胞長(zhǎng)期處于代謝不足和高氧化應(yīng)激環(huán)境，破壞免疫細(xì)胞的活化及其腫瘤免疫監(jiān)視功能，從而獲得腫瘤免疫逃逸功能。因此，將代謝療法和免疫檢查點(diǎn)結(jié)合，通過(guò)改善免疫細(xì)胞能量代謝，減少免疫細(xì)胞線粒體功能障礙和mtROS 的產(chǎn)生，從而增加效應(yīng)T 細(xì)胞存活和記憶T 細(xì)胞產(chǎn)生，減少腫瘤微環(huán)境中可用總能量，是目前控制腫瘤生長(zhǎng)的一種新策略［15］。此外，通過(guò)嵌合抗原受體T 細(xì)胞的體外mtDNA 編輯來(lái)促進(jìn)線粒體生物合成和氧化磷酸化，從而彌補(bǔ)機(jī)體抗腫瘤免疫過(guò)程中腫瘤浸潤(rùn)的效應(yīng)T細(xì)胞的進(jìn)行性損失，增加免疫細(xì)胞的抗腫瘤免疫能力；通過(guò)放療方式促進(jìn)線粒體功能障礙和活性氧爆發(fā)，從而引起腫瘤細(xì)胞的凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，也將是重要的抗腫瘤免疫研究和臨床實(shí)踐方向［15］。

mtDNA 損傷、突變和細(xì)胞質(zhì)泄露可導(dǎo)致多種疾病，是癌癥發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。細(xì)胞發(fā)生自身?yè)p傷時(shí)，細(xì)胞質(zhì)mtDNA 是誘導(dǎo)天然免疫信號(hào)活化的重要信號(hào)分子。在生理?xiàng)l件下，mtDNA 以類(lèi)核結(jié)構(gòu)的形式存在于線粒體基質(zhì)中，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生損傷時(shí)，線粒體形成線粒體外膜通透化或線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔，介導(dǎo)mtDNA 進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)并活化包括NLRP3、TLR9 和cGAS-STING 在內(nèi)的多個(gè)天然免疫信號(hào)，引發(fā)細(xì)胞炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致細(xì)胞死亡。值得注意的是，在正常情況下，細(xì)胞凋亡是免疫沉默的，而在某些條件下，如通過(guò)藥物抑制caspase 活性時(shí)，mtDNA 介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)顯著增強(qiáng)，推動(dòng)免疫原性細(xì)胞死亡發(fā)生，顯著增強(qiáng)了宿主的抗腫瘤免疫反應(yīng)。靶向mtDNA 已成為一種很有前途的癌癥治療策略，mtDNA 損傷后的應(yīng)答機(jī)制對(duì)于mtDNA 靶向藥物的開(kāi)發(fā)、療效預(yù)測(cè)和潛在耐藥分析至關(guān)重要。

盡管線粒體在癌癥和免疫系統(tǒng)之間復(fù)雜的相互作用中起核心調(diào)控作用，通過(guò)靶向線粒體調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)來(lái)調(diào)整宿主的抗腫瘤免疫能力的治療策略是目前基礎(chǔ)和臨床研究的重要方向，但這些研究目前仍處于早期階段。如何在不同細(xì)胞亞群活化過(guò)程中調(diào)控線粒體活性和生物學(xué)功能，如何將能量平衡向免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)移，在抑制腫瘤細(xì)胞代謝的同時(shí)促進(jìn)免疫細(xì)胞線粒體功能障礙和代謝不足的修復(fù)，這些都是目前值得深入探索的研究方向，也將成為改善臨床患者抗腫瘤療效的重要環(huán)節(jié)。

志謝研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（82001668，32370759）支持

AcknowledgementsThis work was supported by the National Natural Science Foundation of China (82001668,32370759)

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

Conflict of InterestsThe authors declare that there is no conflict of interests

?The author(s) 2024. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)