乳酸代謝通過調節腫瘤微環境為新型免疫療法提供思路
調節性T（Treg）細胞在維持免疫穩態方面起著至關重要的作用，能夠控制免疫系統的過度激活和異常激活。在腫瘤微環境（TME）中，Treg細胞抑制效應T細胞（包括CD8+ T細胞），而后者正是殺死癌細胞的主力軍。因此，腫瘤微環境中CD8+ T細胞與Treg細胞之間的平衡對于各種癌癥的預后很重要。
免疫檢查點阻斷療法為癌癥患者帶來了新希望，但超過一半的患者在接受該療法后不產生應答，因此有必要定義生物標志物來選擇應答者，并開發更有效的癌癥免疫療法。最近的研究發現，效應T細胞與效應Treg細胞（eTreg，活化的Treg細胞）之間的PD-1表達平衡有望作為PD-1阻斷療法的預測性標志物。
鑒于效應T細胞和Treg細胞有著不同的代謝特征，2022年1月，日本國立癌癥中心的研究人員在 Cancer Cell 上發表了題為“Lactic acid promotes PD-1 expression in regulatory T cells in highly glycolytic tumor microenvironments”的文章，從代謝角度來討論TME中表達PD-1的效應T細胞與Treg細胞之間的平衡是如何形成的。他們認為，乳酸可作為Treg細胞的代謝檢查點，并控制TME中的免疫應答。
⭐ 材料與方法
在這項研究中，研究人員采集了晚期胃癌、非小細胞肺癌和惡性黑色素瘤患者的腫瘤樣本和腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）。體外實驗在小鼠和人類的一些細胞系上開展，包括小鼠結腸癌細胞系和人T細胞白血病細胞系Jurkat E6.1等。同時，他們還在動物模型上開展體內研究，Slc16a1基因完全性敲除和條件性敲除小鼠均由賽業生物提供。
他們主要采用了RNA測序（RNA-seq）和全外顯子組測序及突變分析，并對ChIP-seq數據進行了處理和分析。同時，他們還開展了細胞凋亡和增殖分析，以及免疫組化（IHC）分析。LC-MS、Western blotting和RT-PCR等分析也有開展。
⭐ 研究結果
✔ 乳酸增強eTreg細胞的PD-1表達
首先，研究團隊研究了哪些因素會影響TME中Treg細胞的PD-1表達。腫瘤主要利用葡萄糖來促進糖酵解以維持生存。低葡萄糖和高乳酸的環境并不適合效應T細胞，但Treg細胞卻大量浸潤并表現出免疫抑制功能。通過對胃癌和非小細胞肺癌樣本的分析，他們發現，eTreg細胞的PD-1表達在高度糖酵解的腫瘤中上調，而腫瘤浸潤CD8+ T細胞與Treg細胞的比例以及CD8+ T細胞的PD-1表達顯著下調。
接著，他們探索了eTreg細胞的PD-1表達比CD8+ T細胞更高的機制。考慮到乳酸是腫瘤糖酵解的最終產物，而編碼乳酸轉運蛋白MCT1的Slc16a1基因在PD-1+ eTreg細胞中高表達（圖1），他們將注意力放在MCT1上。在分析ChIP-seq數據后，他們發現FOXP3能夠促進eTreg細胞中MCT1及其互作蛋白CD147的表達。
那么，乳酸與eTreg細胞的PD-1表達有何關聯？他們發現，eTreg細胞的PD-1表達隨著乳酸濃度的增加而顯著升高，但CD8+ T細胞的PD-1表達則呈現相反趨勢。同時，乳酸能夠促進eTreg細胞的增殖并抑制其凋亡。這些結果表明，在低葡萄糖和高乳酸環境下，eTreg細胞通過MCT1來吸收乳酸，從而上調PD-1的表達。
✔ PD-1阻斷增強eTreg細胞免疫抑制活性
后續的分析表明，PD-1阻斷能夠增強eTreg細胞在這種環境下的活性，從而對CD8+ T細胞的效應功能產生更強的抑制作用。這也意味著，高乳酸誘導的PD-1high eTreg細胞與PD-1阻斷治療失敗之間存在直接關聯。再結合動物模型的分析，他們發現MYC表達通過控制糖酵解活性和創造高乳酸的腫瘤微環境來調節T細胞群的PD-1表達平衡。
✔ 乳酸增強eTreg細胞的PD-1表達
研究人員之后開展體內實驗，發現肝內腫瘤的確會增強糖酵解，并促進腫瘤微環境中Treg細胞的PD-1表達，且CD8+ T細胞的數量和PD-1表達顯著降低。PD-1抗體療法對肝內腫瘤沒有表現出抗腫瘤作用，而是激活腫瘤內的Treg細胞。總之，腫瘤微環境中的大量乳酸誘導Treg細胞表達PD-1，導致對PD-1抗體療法產生抗性。抑制Treg細胞的乳酸代謝能夠克服過表達Myc的腫瘤對PD-1阻斷療法的抗性。
最后，他們在多個癌癥患者隊列中檢測了LDHA和MYC表達對PD-1阻斷療法的效果有何影響，包括胃癌、非小細胞肺癌和惡性黑色素瘤患者。他們發現，LDHA或MYC高表達的患者表現出無進展生存期較短。通過糖酵解及乳酸代謝基因的表達可以預測PD-1阻斷療法對癌癥患者的有效性。
⭐ 總結
總的來說，這項研究表明，高度糖酵解的腫瘤會消耗葡萄糖并釋放過量的乳酸，從而增強Treg細胞的PD-1表達和抑制活性，這在一定程度上導致PD-1阻斷療法效果不佳。研究人員認為，乳酸是Treg細胞特有的代謝檢查點，這為新型免疫療法的開發提供了新思路。
免疫檢查點阻斷療法為癌癥患者帶來了新希望，但超過一半的患者在接受該療法后不產生應答，因此有必要定義生物標志物來選擇應答者，并開發更有效的癌癥免疫療法。最近的研究發現，效應T細胞與效應Treg細胞（eTreg，活化的Treg細胞）之間的PD-1表達平衡有望作為PD-1阻斷療法的預測性標志物。
鑒于效應T細胞和Treg細胞有著不同的代謝特征，2022年1月，日本國立癌癥中心的研究人員在 Cancer Cell 上發表了題為“Lactic acid promotes PD-1 expression in regulatory T cells in highly glycolytic tumor microenvironments”的文章，從代謝角度來討論TME中表達PD-1的效應T細胞與Treg細胞之間的平衡是如何形成的。他們認為，乳酸可作為Treg細胞的代謝檢查點，并控制TME中的免疫應答。
⭐ 材料與方法
在這項研究中，研究人員采集了晚期胃癌、非小細胞肺癌和惡性黑色素瘤患者的腫瘤樣本和腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）。體外實驗在小鼠和人類的一些細胞系上開展，包括小鼠結腸癌細胞系和人T細胞白血病細胞系Jurkat E6.1等。同時，他們還在動物模型上開展體內研究，Slc16a1基因完全性敲除和條件性敲除小鼠均由賽業生物提供。
他們主要采用了RNA測序（RNA-seq）和全外顯子組測序及突變分析，并對ChIP-seq數據進行了處理和分析。同時，他們還開展了細胞凋亡和增殖分析，以及免疫組化（IHC）分析。LC-MS、Western blotting和RT-PCR等分析也有開展。
⭐ 研究結果
✔ 乳酸增強eTreg細胞的PD-1表達
首先，研究團隊研究了哪些因素會影響TME中Treg細胞的PD-1表達。腫瘤主要利用葡萄糖來促進糖酵解以維持生存。低葡萄糖和高乳酸的環境并不適合效應T細胞，但Treg細胞卻大量浸潤并表現出免疫抑制功能。通過對胃癌和非小細胞肺癌樣本的分析，他們發現，eTreg細胞的PD-1表達在高度糖酵解的腫瘤中上調，而腫瘤浸潤CD8+ T細胞與Treg細胞的比例以及CD8+ T細胞的PD-1表達顯著下調。
接著，他們探索了eTreg細胞的PD-1表達比CD8+ T細胞更高的機制。考慮到乳酸是腫瘤糖酵解的最終產物，而編碼乳酸轉運蛋白MCT1的Slc16a1基因在PD-1+ eTreg細胞中高表達（圖1），他們將注意力放在MCT1上。在分析ChIP-seq數據后，他們發現FOXP3能夠促進eTreg細胞中MCT1及其互作蛋白CD147的表達。
那么，乳酸與eTreg細胞的PD-1表達有何關聯？他們發現，eTreg細胞的PD-1表達隨著乳酸濃度的增加而顯著升高，但CD8+ T細胞的PD-1表達則呈現相反趨勢。同時，乳酸能夠促進eTreg細胞的增殖并抑制其凋亡。這些結果表明，在低葡萄糖和高乳酸環境下，eTreg細胞通過MCT1來吸收乳酸，從而上調PD-1的表達。
圖1. 乳酸通過MCT1誘導eTreg細胞表達PD-1
✔ PD-1阻斷增強eTreg細胞免疫抑制活性
后續的分析表明，PD-1阻斷能夠增強eTreg細胞在這種環境下的活性，從而對CD8+ T細胞的效應功能產生更強的抑制作用。這也意味著，高乳酸誘導的PD-1high eTreg細胞與PD-1阻斷治療失敗之間存在直接關聯。再結合動物模型的分析，他們發現MYC表達通過控制糖酵解活性和創造高乳酸的腫瘤微環境來調節T細胞群的PD-1表達平衡。
✔ 乳酸增強eTreg細胞的PD-1表達
研究人員之后開展體內實驗，發現肝內腫瘤的確會增強糖酵解，并促進腫瘤微環境中Treg細胞的PD-1表達，且CD8+ T細胞的數量和PD-1表達顯著降低。PD-1抗體療法對肝內腫瘤沒有表現出抗腫瘤作用，而是激活腫瘤內的Treg細胞。總之，腫瘤微環境中的大量乳酸誘導Treg細胞表達PD-1，導致對PD-1抗體療法產生抗性。抑制Treg細胞的乳酸代謝能夠克服過表達Myc的腫瘤對PD-1阻斷療法的抗性。
最后，他們在多個癌癥患者隊列中檢測了LDHA和MYC表達對PD-1阻斷療法的效果有何影響，包括胃癌、非小細胞肺癌和惡性黑色素瘤患者。他們發現，LDHA或MYC高表達的患者表現出無進展生存期較短。通過糖酵解及乳酸代謝基因的表達可以預測PD-1阻斷療法對癌癥患者的有效性。
⭐ 總結
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