T细胞糖代谢重编程与抗肿瘤免疫治疗的研究进展

乔万佳综述；刘小军，2审阅（.兰州大学 第一临床医学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省人民医院 放疗科，甘肃 兰州 730000）

肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）由基质细胞、成纤维细胞、免疫细胞等组成[1]，其中免疫细胞主要包括T 细胞、B 细胞和肿瘤相关巨噬细胞等[2]。由肿瘤细胞募集和激活的免疫细胞及相关基质成分在肿瘤生长的早期阶段聚集，形成了抑制肿瘤生长的炎症性微环境。但是，随着持续的肿瘤抗原刺激和免疫激活，TME 中的免疫效应细胞和分子被消耗或重塑，形成了抑制性免疫微环境[3]，促进肿瘤持续进展。研究[3]发现，恢复免疫系统固有的抗肿瘤能力，重塑TME，有助于发现针对抗肿瘤治疗的新策略。与正常细胞不同，肿瘤细胞能够重新编程代谢途径获取能量[4]。有氧糖酵解是肿瘤细胞在发展过程中形成的突出特征[5]。免疫细胞在参与代谢调节以维持增殖和存活方面与肿瘤细胞具有相似之处[6]。活化的T 细胞经过代谢重编程，即使在有氧的情况下也通过糖酵解获取能量[7]。阻断T细胞的糖酵解会损害其产生IFN-γ 的能力，降低抗肿瘤免疫水平[8]。因此调整肿瘤细胞的代谢途径，恢复T 细胞的功能，有望提高肿瘤免疫治疗的疗效[9-10]。

1 T细胞糖代谢重编程

代谢重编程不仅限于肿瘤细胞，还可以在免疫细胞中发生[11]。通常，幼稚的T 细胞代谢水平较低，主要依靠游离脂肪酸的线粒体氧化获取能量。一旦T 细胞受体（TCR）识别出抗原并从抗原提呈细胞（APC）接收到共刺激信号，T细胞就会扩增并发挥效应细胞的功能，使得代谢途径发生变化。激活的效应T 细胞转向有氧糖酵解，或同时上调氧化磷酸化和有氧糖酵解，以满足快速增殖的能量代谢需求[12]。由于缺乏储存大量糖原的能力，活化的T细胞主要通过葡萄糖转运蛋白1（glucose transporter 1，GLUT1）摄取葡萄糖以满足其增加的代谢需求[13]。GLUT1在有丝分裂原刺激或TCR激活后迅速定位到细胞膜表面，成为淋巴细胞活化的主要标志物[14]。增加的GLUT1 表达和葡萄糖摄取加速了T 细胞的增殖[15]。研究结果[16]表明，T细胞摄取葡萄糖需要共刺激信号的参与。CD28 刺激信号通过PI3K/Akt 通路促进GLUT1 向细胞膜表面易位并增加葡萄糖摄取，进而增加有氧糖酵解。T 细胞产生IFN-γ 时，需要有氧糖酵解。另外，在CD4+T 细胞中有氧糖酵解与程序性死亡蛋白-1（PD-1）的表达水平密切相关[8]，有可能影响肿瘤免疫治疗的疗效。

许多关键因子可以介导T 细胞亚群的功能和代谢。这些代谢检查点包括转录因子，如c-Myc和缺氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）等。c-Myc 已被证明是T 细胞激活后代谢重编程的关键调节因子[17]。c-Myc 在TCR 信号转导的下游发挥作用，促进有氧糖酵解的发生和谷氨酰胺的分解，并调控这些代谢途径与脂质、氨基酸和核酸相互作用。c-Myc 诱导转录因子AP4，后者维持由c-Myc 启动的糖酵解转录程序，支持T细胞的扩增[18]。HIF-1α是一种对氧敏感的转录因子，也通过糖酵解增加葡萄糖摄取和分解代谢[19]。敲除负性调节因子Von Hippel-Lindau（VHL），可增强HIF-1α 介导的CD8+T 细胞的糖酵解[20]。另外，HIF-1α 在提高Th17 细胞的糖酵解中起着重要作用[21]。HIF-1α 通过与IL-17 启动子的直接相互作用促进Th17细胞分化，并调节Th17细胞相关基因的表达[22]。HIF-1α缺失可抑制Th17细胞分化，并增强调节性T（Treg）细胞活性，促进免疫耐受的发生[22]。

2 T细胞与肿瘤细胞糖代谢的相互作用

肿瘤细胞增强的有氧糖酵解作用消耗或降低了肿瘤细胞外的葡萄糖含量。T 细胞和肿瘤细胞竞争葡萄糖的摄取，导致T 细胞摄取葡萄糖减少，这种代谢失衡会削弱效应T 细胞的功能。T 细胞葡萄糖摄取的减少限制了其功能的发挥，损害哺乳动物雷帕霉素靶点（mTOR）通路的活性、糖酵解能力和IFN-γ产生，并促进肿瘤进展[23]。据报道[24]，由于TME 内葡萄糖缺乏，肿瘤浸润T 淋巴细胞（TIL）通过增加磷酸烯醇丙酮酸水平，重新调整其代谢活性。此外，炎症性CD4+T 细胞依赖于糖酵解，而Treg 细胞依赖于线粒体电子传递[25]。Treg细胞的转录因子Foxp3调节T细胞代谢，抑制Myc信号转导和糖酵解，增强氧化磷酸化和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸再生[26]。然而，效应T细胞和M1 巨噬细胞的激活依赖有氧糖酵解功能[27]。肿瘤细胞对葡萄糖的利用超过了免疫细胞，导致免疫细胞IFN-γ生成减少，Ca2+依赖性途径下调，T细胞运动性和细胞毒性功能下降，并导致巨噬细胞的促炎功能降低[23,28-29]。

肿瘤细胞采用不同的机制来获取更多的葡萄糖。糖酵解关键酶己糖激酶2表达增加，使肿瘤细胞糖酵解增加，减少T细胞的葡萄糖摄取和IFN-γ的产生[24]。细胞内葡萄糖缺乏诱导T细胞中PD-1的持续表达，介导免疫耐受的发生[8]。T 细胞葡萄糖的缺乏还可能通过减少TCR 生成和下调mTOR 和PI3K 信号转导，并激活脂肪酸β氧化（fatty acid beta-oxidation，FAO）等，募集更多的CD4+Treg细胞[30-31]。T细胞PD-1和肿瘤细胞PD-1 配体-1（PD-L1）的结合直接抑制T细胞的糖酵解，并促进T细胞的FAO生成，进而抑制T 细胞的抗肿瘤功能[30]。研究结果[10,23]表明，针对细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4）、PD-1 和PD-L1 的免疫检查点抑制剂可恢复T 细胞糖酵解的发生和IFN-γ的产生，逆转免疫耐受。

3 靶向糖代谢提高肿瘤免疫疗法的疗效

代谢靶向剂是以代谢物为靶点的分子靶向药物，主要利用肿瘤细胞对葡萄糖的依赖性，恢复正常能量代谢。然而，由于T细胞与肿瘤细胞代谢的相似性，代谢靶向剂可能会损害T 细胞的功能。因此，理想的代谢靶向剂应限制肿瘤细胞的糖酵解活性，同时促进T细胞糖酵解，使代谢平衡偏向于有利于肿瘤清除的方向，并增加肿瘤特异性免疫反应。

糖酵解是效应T细胞功能所必需。因此，寻找一种策略用以阻断肿瘤细胞的能量代谢，同时改善T细胞的营养摄取，具有较大的挑战性。肿瘤细胞PD-L1通过PI3K/Akt 和mTOR 途径增强肿瘤细胞的糖酵解[23]。PD-1结合PD-L1后，活化的T细胞改变了能量代谢的类型，抑制了糖酵解，增加FAO 反应[30,32]。PD-1/PD-L1检查点抑制剂也有可能通过调节T细胞代谢，促进T细胞的细胞毒作用[23]。一些研究强调了使用细胞因子调节T细胞代谢的潜力。例如，IL-2通过诱导PI3K/Akt 途径促进T 细胞的糖酵解[33]。重组IL-2 免疫细胞因子可增加肿瘤浸润细胞毒性T 淋巴细胞的数量，并增强其抗肿瘤作用[34]。2-脱氧葡萄糖（2-deoxyglucose，2-DG）在结构上与葡萄糖相似，但会抑制己糖激酶的活性，从而抑制糖酵解，使肿瘤细胞的代谢中断，包括ATP 消耗、生物合成途径受损等[35]。2-DG与化疗药物联合应用时可将通常的肿瘤细胞死亡刺激转化为抗肿瘤免疫反应水平的提高[36]。2-DG 还被证明在CD8+T 细胞活化时，增加了记忆性T 细胞的生成和抗肿瘤功能[37]。TME 中高乳酸浓度会阻止T细胞中乳酸排出，干扰T细胞的代谢和功能。抑制乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）可以使增殖的T 细胞免受高乳酸干扰，从而增强抗肿瘤免疫反应[38]。

丙酮酸激酶M2（pyruvate kinase M2,PKM2）是丙酮酸激酶的同工酶，促使肿瘤细胞代谢重新编程[39]。研究结果[40]表明，PKM2 的小分子抑制剂具有抗肿瘤作用。PKM2 小分子激活剂TEPP-46 可以诱导PKM2四聚体化并阻止其核易位，从而抑制T细胞活化、限制Th17 和Th1 细胞发育[41]。然而，PKM2 可以调控肿瘤细胞中PD-L1的表达，TEPP-46则可抑制PD-L1 在肿瘤细胞中的表达[42]。因此，PKM2 在调控抗肿瘤免疫应答中具有重要作用。

二氯乙酸盐（dichloroacetate，DCA）是靶向抑制丙酮酸脱氢酶激酶的药物。DCA促进肿瘤细胞代谢类型从糖酵解到氧化磷酸化的转化，抑制肿瘤细胞的增殖[43]。然而，DCA 用作抗肿瘤药却会诱导Treg细胞分化，并可能导致免疫监视功能下降[44]。有趣的是，一种靶向线粒体、含有DCA前药的纳米颗粒可以改变TME，提高抗肿瘤免疫反应，发挥抗肿瘤作用[45]。当含有DCA前药的纳米颗粒与免疫检查点抑制剂联合应用时，TIL细胞数量显著增多[45]。

此外，虽然增强的糖酵解可以促进效应T细胞的功能及其终末分化，但抑制糖酵解会诱导记忆性CD8+T 细胞的生成，这些细胞具有持久的抗肿瘤功能[37]。研究结果[46]表明，mTOR 复合物1（mTORC1）可影响CD8+T 细胞的细胞毒功能，而mTORC2 活性则可调控CD8+T 细胞的记忆功能，而记忆细胞更依赖于FAO。因此，提高T细胞的糖酵解可以增强T细胞的细胞毒作用，有利于产生快速的抗肿瘤效应，然而抑制T 细胞的糖酵解却有助于诱导记忆T 细胞的产生，后者对于控制肿瘤复发至关重要。

过继细胞疗法（adoptive cellular therapy，ACT）是一种利用肿瘤反应性T 细胞清除肿瘤细胞的免疫疗法[47]。然而，缺乏葡萄糖的TME 限制了T 细胞的有氧糖酵解，抑制了T细胞的杀瘤功能，使ACT的疗效受到限制。研究结果[48]发现，在ACT 治疗无效的黑色素瘤患者中，肿瘤细胞的糖酵解活性明显升高，这表明肿瘤细胞糖酵解会竞争性抑制过继性T 细胞的功能。使用LDH-A抑制剂抑制肿瘤糖酵解可增加黑色素瘤细胞对T 细胞杀伤的敏感性，并提高对ACT的反应。另外，嵌合抗原受体-T（CAR-T）细胞中的共刺激结构域对于T细胞的糖代谢也具有重要影响[49]。CAR 结构中CD28 信号的引入可促进T 细胞的葡萄糖摄取，增加GLUT1 表达，使得CAR-T 细胞糖酵解活性增强，能够发挥效应T细胞的早期优势[50]。上述研究结果支持靶向肿瘤糖酵解有望作为克服免疫抵抗的治疗策略。

4 结语

本文综述了T 细胞代谢重编程及其与肿瘤细胞之间的相互作用。和肿瘤细胞类似，TME 中T 细胞也会发生代谢重编程，且与肿瘤细胞糖代谢具有重要的相互作用。肿瘤细胞中过量葡萄糖的摄入，会导致T 细胞葡萄糖摄取减少。肿瘤细胞可通过糖酵解诱导TME 形成酸性微环境，从而抑制T 细胞的抗肿瘤功能。T细胞PD-1通路的激活可改变糖代谢的类型，免疫检查点抑制剂对T细胞糖酵解具有促进作用，TME内肿瘤细胞和免疫细胞糖酵解的平衡利用，以及针对肿瘤细胞或免疫细胞代谢特征采取的药物干预措施，可能与当前的肿瘤免疫和靶向疗法产生协同作用，进一步增强抗肿瘤效应。因此，免疫细胞代谢研究成为抗肿瘤免疫反应和免疫治疗中一个重点内容，可进一步研究糖酵解抑制剂对不同类型肿瘤及不同发展阶段的T 细胞功能的影响。考虑到糖酵解抑制剂不仅抑制肿瘤细胞的糖酵解，还可能干扰T细胞代谢，因而尤其需要关注靶向代谢剂与免疫疗法的相互作用，并在具有免疫活性的动物模型中评估其靶向代谢剂的长期作用。靶向糖代谢不仅可以提高肿瘤免疫疗法的疗效，还可作为克服免疫抵抗的新的治疗策略。