脂代谢重编程调控免疫微环境抗肿瘤的研究进展①

张祎稀 吴建春 骆莹滨 李 雁（上海中医药大学附属市中医医院，上海 200071）

肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）是指肿瘤细胞及其周围的免疫细胞、间质细胞、细胞外基质及活性介质构成的生态内环境，其复杂性及多样性是造成免疫逃逸、促成肿瘤发展的关键环节［1］。最新研究发现，代谢重编程介导的微环境免疫抑制是导致免疫治疗受限的关键因素之一，其中，脂代谢异常与肿瘤发生发展及免疫细胞效应功能的发挥密切相关。事实上，肿瘤细胞可通过感应周围环境的变化而改变自身的代谢所需，其代谢产物可通过多种方式影响免疫细胞的激活及抗肿瘤免疫应答的发生；而浸润在肿瘤局部的免疫细胞在与肿瘤细胞相互作用的过程中被激活，因此其代谢格局与非活化的免疫细胞截然不同，一方面，活化的免疫细胞对代谢途径的选择对抗肿瘤免疫应答产生了不利影响；另一方面，不同代谢模式下免疫细胞的分化与功能也影响微环境下肿瘤的发生发展［2］。以下将对微环境中肿瘤脂代谢对免疫细胞的影响及靶向脂代谢重编程调控免疫微环境的抗肿瘤研究进展进行综述。

1 脂代谢对免疫细胞分化及功能的影响

脂类是人体三大营养素及代谢物质之一，除了作为细胞的主要构成分子外，还是重要的第二信使，同时与能量供应及存储密切相关［3］。与正常细胞不同，肿瘤细胞不仅能够通过代谢重编程方式为其无限增殖需求提供所需的ATP和大分子，而且在应激状态下释放微环境介质刺激免疫细胞，使其改变自身代谢格局，进而共同影响微环境下肿瘤的发生发展［4］。肿瘤脂代谢重编程是肿瘤代谢重编程的重要组成部分，主要涵盖脂肪酸（fatty acid，FA）转运异常、FA从头合成增加、脂滴（lipid droplets，LDs）蓄积和脂肪酸β氧化供能，这些改变受癌基因信号通路调控，包括FA转运蛋白及相关基因上调、表观基因组修饰、脂代谢相关酶网络及转录因子改变等多种因素共同作用下的复杂调控网络［5］。其中FA从头合成通路是维持肿瘤细胞生存所必需的代谢通路之一，在此过程中产生的大量FA及其他代谢产物可作为信号分子影响免疫细胞分化及功能［6］。

1.1巨噬细胞 巨噬细胞来源于骨髓中的单核细胞，早期研究表明其主要功能是作为“吞噬者”对病原体进行吞噬并激活免疫反应［7］。随着研究的深入，其所处的局部微环境决定了它们不同的极化趋势及代谢方式，这些改变又会反作用于肿瘤细胞并促进其恶性进展。近期GOOSSENS等［8］研究表明，高浆液性卵巢癌小鼠模型中胆固醇逆转运相关蛋白ATP结合盒转运体A1和ATP结合盒转运体G1表达量升高，导致肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophages，TAMs）中IL-4表达上升，进一步激活PI3K/STAT6信号通路促进卵巢癌进程。ZHANG等［9］采用细胞实验表明，被肿瘤细胞激活的M2型巨噬细胞脂代谢模式发生改变，依赖于脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，FAO）途径获取能量，并通过激活活性氧和NLRP3炎症小体促进自身IL-1β分泌，加快肝癌细胞的增殖、迁移和侵袭。

此外，肿瘤细胞在脂代谢重编程过程中会产生大量代谢产物，如FA、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）和花生四烯酸（arachidonic acid，AA）等，这些代谢产物同样影响巨噬细胞的极化及功能。FA是合成脂类的重要底物，具有高度肿瘤依赖性，肿瘤来源的FA可调节巨噬细胞极化及功能活动。WU等［10］发现肿瘤细胞中LDs衍生的不饱和FA（油酸）通过促进线粒体呼吸诱导髓系细胞向M2型巨噬细胞极化，导致免疫细胞监视作用失灵，最终促进肿瘤的生长和转移。PGE2是细胞内一种参与和介导炎症反应的调节因子，肿瘤通过释放PGE2破坏微环境中巨噬细胞介导的免疫反应。研究表明宫颈癌HeLa细胞内部的PGE2可抑制巨噬细胞RAW中具有活化正常T细胞表达与分泌的趋化因子CCL5产生，进而达到免疫逃逸促进肿瘤发生的目的［11］。AA是多种脂类代谢产物的前体，其代谢产物类花生酸在肿瘤细胞中高表达，并通过与巨噬细胞的交互作用诱导免疫抑制的发生［12］。

上述研究表明，肿瘤脂代谢产物的蓄积可引起炎症性微环境的改变，影响巨噬细胞的功能。而由于微环境成分改变导致巨噬细胞脂代谢模式发生变化，亦可促进肿瘤进展和转移，两者相互影响构成错综复杂的代谢网络。

1.2T细胞

1.2.1记忆性T细胞（memory T cells，Tm）Tm在体内不断自我更新从而杀伤肿瘤细胞使机体获得免疫记忆性是免疫治疗成功的关键环节［13］。黄波教授课题组研究发现，脂代谢产物可作为一种表观遗传调控因子在CD8+Tm细胞的长期存活中发挥重要作用。主要调控机制为细胞线粒体中脂肪酸β氧化代谢产物乙酰辅酶A通过表观遗传修饰上调胞浆型磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶（PCK1）表达，PCK1与糖原的合成分解相关，通过磷酸戊糖途径产生还原型NADPH，从而维持CD8+Tm细胞的长期存活，起到抗肿瘤作用［14］。

1.2.2辅助性T细胞（helper T cells，Th）Th在介导肿瘤免疫应答中扮演调控或辅助其他淋巴细胞发挥免疫功能的角色，其主要表面标志为CD4［15］。BROWN等［16］通过研究非酒精性脂肪肝性肝病中CD4+T细胞的抗肿瘤机制表明，富含脂质的肝脏微环境FAO活跃，其中在脂质分解代谢中起关键作用的肉碱棕榈酰转移酶表达升高，进而增加线粒体活性氧的产生，导致CD4+T细胞凋亡，促进肝细胞癌形成。

1.2.3调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）Tregs是自身免疫的负性调节细胞，防止自身免疫性疾病的发生。在肿瘤中，Tregs通过免疫抑制作用促使肿瘤发生免疫逃逸［17］。Tregs脂代谢基因的表达是调节其免疫功能的关键因素之一。研究表明，脂肪酸结合蛋白（fatty acid binding proteins，FABPs）是细胞内促进脂肪摄取和运输所需的脂伴侣家族，而FABP5作为FABPs家族成员，对Tregs免疫功能至关重要。抑制FABP5会导致线粒体DNA（mtDNA）释放，从而激活cGAS-STING介导的Ⅰ型干扰素免疫反应信号通路，刺激Tregs分泌促癌的IL-10，进而促进肿瘤免疫逃逸［18］。

1.2.4细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell，Tc）Tc是机体抗肿瘤机制的重要环节，其中CD8+T细胞是Tc中最具毒性杀伤能力的一类亚群，其数量直接决定了抗肿瘤的杀伤能力［19］。但在肿瘤微环境条件下，CD8+T细胞的免疫活性受到抑制，这是由于肿瘤细胞高表达的胆固醇改变其表面相关抗原构象，削弱抗体识别抗原的能力，保护肿瘤细胞逃避免疫监视［20］。此外，T细胞脂代谢通路中的相关基因也是关键的调控靶点，YANG等［21］研究表明抑制CD8+T细胞脂代谢通路中胆固醇酯化酶ACAT1可有效提高肿瘤细胞的杀伤能力，这是因为ACAT1低表达可增加细胞质膜游离胆固醇水平，进而增强T细胞受体的聚集和信号传递，形成免疫突触，发挥抗肿瘤作用。

上述研究表明，不论是肿瘤源性脂代谢产物的影响，抑或是微环境介导的T细胞脂代谢重编程，都会抑制其免疫功能发挥导致免疫逃逸。

1.3髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）MDSCs来源于骨髓中的骨髓组细胞，当肿瘤发生时，髓细胞异常分化为多形核MDSCs（PMN-MDSCs）和单形核MDSCs（M-MDSCs），并产生大量免疫抑制性细胞因子，抑制免疫功能正常发挥［22］。VEGLIA等［23］通过提取不同肿瘤荷瘤小鼠肿瘤组织中的PMN-MDSCs进行细胞实验发现，PMNMDSCs通过FA转运体FATP2介导脂质蓄积，其高表达可加快CD8+T细胞丢失，促进PMN-MDSCs的免疫抑制。此外，PMN-MDSCs还可通过其他FA转运体如CD36和脂肪因子Lipocalin2支持PMN-MDSCs的免疫抑制［24-25］。

1.4树突状细胞（dendritic cells，DCs）DCs是一类功能强大的抗原递呈细胞，能有效激活初始T细胞启动免疫应答［26］。研究表明，肿瘤相关DCs依赖FAO途径获取能量，并将其储存在LDs中，LDs内脂质积累增加可导致DCs抗原呈递功能障碍，进而不能激活初始T细胞，最终降低机体抗肿瘤免疫应答［27］。

1.5自然杀伤细胞（natural killer cells，NKs）NKs是机体重要的免疫细胞，活化的NKs分泌多种细胞因子，发挥免疫调节作用［28］。多项研究表明，NKs通过吸收FA并将其储存在LDs中，在此过程中，参与FAO的脂质转运蛋白和酶的表达增加，并限制颗粒酶产生，从而导致NKs功能受限而无法正常发挥免疫调节作用［29-31］。

2 靶向脂代谢重编程逆转免疫抑制的治疗

根据以上论述，TME中的脂代谢重编程能够通过产生免疫抑制代谢物抑制免疫细胞发挥抗肿瘤免疫反应，癌细胞的脂代谢失调又会进一步影响细胞表面标志物表达，从而干扰免疫监视。目前已发现的与肿瘤免疫逃逸相关的脂代谢途径包括环氧化酶2（cyclooxygenase2，COX2）和PGE2信号通路［32］。这些脂代谢途径中的代谢弱点可被用来增强恶性肿瘤的免疫疗法。

与在正常组织中持续表达的环氧合酶1（COX1）不同，COX2在许多恶性肿瘤中过度表达，并与TME中的免疫抑制和高水平PGE2的表达密切相关［33］。基于此，靶向COX1、COX2和PGE2有助于逆转恶性肿瘤的免疫抑制。DREW等［34］研究发现，阿司匹林（乙酰水杨酸）通过抑制上皮细胞COX2的表达阻断AA向PGE2转化，进而发挥肿瘤抑制潜力。LI等［35］通过动物实验发现选择性COX2抑制剂塞来昔布与抗PD-1抗体联用时，可增强抗肿瘤免疫治疗的协同作用。此外，用于PGE2受体的选择性抑制剂也在开发中。为评估非小细胞肺腺癌或微卫星稳定的结直肠癌患者使用PGE2受体4（EP4）拮抗剂Grapiprant或联合PD-1抑制剂帕博利珠单抗注射液Keytruda的疗效，该抑制剂正处于临床前动物模型试验阶段［36-37］。

3 展望

免疫细胞代谢组学的兴起揭示了不同代谢途径对免疫细胞的影响。本文不仅讨论了肿瘤来源的脂代谢产物对免疫细胞生长发育、增殖分化及免疫应答的影响，亦阐述了局部微环境对免疫细胞脂代谢方式的改变。说明免疫细胞效用的发挥必须依赖于微环境中的代谢产物和环境倾向。不同代谢产物影响下的免疫细胞，其表面标志物和分子表达往往不尽相同，因此抗原提呈能力及免疫应答能力具有很大差异性。免疫细胞在不断感应外部刺激后，通过改变其代谢格局以满足自身增殖需求和效应功能的执行，如M2型巨噬细胞、激活DC和Tm细胞依赖于FAO途径，而M1型巨噬细胞、静息DC和效应T细胞则依赖于糖酵解途径［38-40］，然而它们对不同代谢途径选择的原因尚无明确定论。

目前，靶向变异的脂代谢途径逆转免疫抑制已经成为一种很有前景的抗癌策略，不论是针对肿瘤脂代谢重编程途径中潜在的分子靶点所开发的抑制剂，还是将脂质代谢药物与免疫治疗药物联合应用的恶性肿瘤新疗法，均为癌症治疗提供了新的治疗概念。近年来针对脂代谢重编程调控免疫微环境的抗肿瘤基础研究已初见成效，这些成果包括：靶向肿瘤脂代谢途径以改变TME，靶向抑制性免疫细胞的代谢以逆转其免疫抑制功能，以及靶向效应细胞代谢以增强肿瘤杀伤力。然而，癌细胞的脂代谢是灵活多样的，免疫细胞也存在异质性，这些因素都限制了患者的临床疗效。因此，未来应针对微环境中免疫细胞的代谢谱进行积极探索，进一步了解免疫细胞执行免疫应答功能的内在机制，同时还可借助实验模型，分离关键的细胞亚群，并从代谢依赖性的角度深入研究免疫细胞与癌细胞的相互联系，以期找到更多癌症免疫反应的潜在代谢靶点。