作者:张思玮,阚宇轩 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/23 18:02:18
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《自然—免疫学》:老药为肿瘤免疫治疗“提质增效”

 

1月23日,《自然—免疫学》杂志在线发表华中科技大学基础医学院、中国医学科学院基础医学研究所黄波教授团队一项最新研究论文。该研究找到了肿瘤免疫治疗杀器―碳酸锂,其能引导肿瘤部位的乳酸进入T细胞后,被快速转运至线粒体进行燃烧,进而给进入肿瘤组织的T细胞供能,全能复活CD8+T细胞对肿瘤细胞的杀伤,为肿瘤免疫治疗找到了一种全新方法,不仅能快速实现临床转化,还能增强我国肿瘤免疫治疗的全球竞争力。

T细胞难以有效杀伤肿瘤细胞

在人类肿瘤治疗史上,肿瘤免疫治疗具有里程碑式的意义,其成功在于激发了一类特殊的免疫细胞,即T细胞的内在活力。

“T细胞天生能够监视、杀伤肿瘤细胞,但肿瘤细胞却进化出免疫逃逸机制,逃避T细胞的杀伤。”黄波告诉《中国科学报》记者,正常组织细胞其胞内和胞外的液体通常维持7.0左右的pH值,但肿瘤细胞却不同,其胞内偏碱(pH>7.2)而胞外偏酸(pH<6.8)。而这,正是由于肿瘤细胞异常代谢所致。

通常肿瘤必须依赖糖酵解以到达其快速增殖的目的。糖酵解是将一个葡萄糖分子转变为2个乳酸分子的过程,肿瘤细胞随后将乳酸从细胞内转运至细胞外。乳酸作为酸性分子,其外排必将导致肿瘤细胞的胞内呈碱性胞外却偏酸。

黄波表示,肿瘤组织乳酸的含量是正常组织的40-50倍,因此,进入肿瘤组织的T细胞在接触到肿瘤细胞(杀伤需要T细胞和肿瘤细胞接触)之前,就已被乳酸所浸泡。

而令人难以置信的是,乳酸是极好的供能分子,其氧化优于葡萄糖氧化,更快速产生能量分子ATP,但普通的细胞却很难利用它,包括T细胞在内。

“进入肿瘤部位的T细胞会大量摄取乳酸,然而所进入的乳酸不但不能被利用,其反而启动表观遗传信号,诱导T细胞进入抑制和功能失活的状态,导致T细胞最终难以有效杀伤肿瘤细胞。”黄波说。

因此,探寻将乳酸变害为宝的手段和方法,使其被氧化,重燃细胞内 “能量工厂”-线粒体供能“火焰”,直接赋能T细胞,使其浴“火”重生,高效杀灭肿瘤细胞,这对当前处于瓶颈状态的肿瘤免疫治疗具有颠覆性的意义。

碳酸锂为T细胞持续赋能

临床观察显示,临床抗精神类疾病的一线用药碳酸锂(Li2CO3)能降低患者脑脊液中的乳酸水平,这提示其可能具有促进乳酸在线粒体内燃烧的作用。基于这一丝线索,研究人员开始尝试研究体外用碳酸锂处理被乳酸作用过的CD8+T细胞。

研究团队发现,尽管乳酸进入CD8+T细胞后,快速酸化细胞浆,抑制T细胞的激活和增殖,并促进其凋亡,然而碳酸锂却显著降低胞内乳酸含量,不仅恢复而且还增强CD8+T细胞的活化和增殖。利用差异同位素标记乳酸的示踪技术,证实碳酸锂诱导乳酸分子进入T细胞线粒体内进行燃烧供能。

那么,碳酸锂是如何将乳酸从胞浆转运至线粒体进行氧化燃烧?通过T细胞膜表面的单羧酸转运体MCT1进入胞浆后如何转运至线粒体?

研究团队发现,碳酸锂促进乳酸转运子MCT1定位至线粒体内膜。MCT1蛋白N末端的内质网ER靶向序列之后存在一段线粒体靶向序列,这样的双靶向序列受到PKCθ磷酸化调控。通常情况下,胞浆内PKCθ失活, ER靶向序列被启动,MCT1被运输至ER腔,再经高尔基体被运输至细胞膜表面,转运乳酸。

然而,碳酸锂作用于溶酶体膜上的V-ATP质子泵,阻碍胞浆中的氢离子进入溶酶体腔内,阻断溶酶体酸化过程,导致第二信使分子DAG的生成和PKCθ的激活,进而使胞内的MCT1定位至线粒体内膜,源源不断将胞浆的乳酸转运至线粒体内燃烧,为CD8+T细胞供能。

试验与临床均得以验证

黄波表示,上述研究阐明了碳酸锂的作用方式具有普遍性,在小鼠不同肿瘤类型(黑色素瘤、结肠癌、乳腺癌)中,均证明碳酸锂作用于肿瘤组织中的CD8+T细胞,通过转运MCT1至线粒体膜上,使得瘤体组织间液中的乳酸能够流向T细胞的线粒体内进行燃烧,激发T细胞抗肿瘤效应,从而显著抑制肿瘤生长,延长小鼠生存期。

值得一提的是,这种抗瘤效应在人体瘤组织样本中也被证实。研究人员通过对临床病人恶性胸腔积液以及结肠和乳腺癌组织标本分析,发现胸腔积液和肿瘤组织间液中乳酸水平和CD8+T细胞的功能呈负相关,而碳酸锂处理,则逆转肿瘤组织中浸润性CD8+T细胞的抑制状态,恢复其杀肿瘤的本能。

“这项研究揭示了碳酸锂启动CD8+T细胞线粒体代谢乳酸的分子机制,具有重要的免疫学理论意义。”黄波说。

据悉,该研究工作得到国家自然科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程、国家重点研发计划等项目的资助。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41590-023-01738-0

 

 

 
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