Nat Metab：李贵登等团队合作发现肿瘤内酸度维持 T 细胞干性影响肿瘤免疫治疗

肿瘤微环境因素引起的免疫抑制性反应是导致 T 细胞免疫治疗效果不佳的一大主要诱因。这些不利的微环境因素能够诱导 T 细胞的代谢压力并损害线粒体健康，最终导致肿瘤浸润 T 细胞（TILs）代谢紊乱及功能耗竭。已有报道显示肿瘤组织中低糖、低氧以及高胆固醇的微环境抑制了 TILs 的扩增，分化及效应功能^【1-3】。

然而，有趣的是，叶丽林团队发现 TILs 中仍保留了一群具备一定自我更新能力且具有抗肿瘤效果的 TCF1⁺ T 细胞亚群，即「干性样」肿瘤浸润 T 细胞（stem-like TILs）^【4】。「干性样」肿瘤浸润 T 细胞是响应免疫检查点治疗（如 anti-PD-1 治疗）的主体细胞群体，了解这一群体细胞产生及维持的内外在因素对于优化提高免疫治疗策略具有重要指导意义。然而，对于「干性样」T 细胞亚群在肿瘤微环境中是如何维持并存在的，目前研究的还不是很清楚。Nicholas P. Restifo 团队分别在 2016 年及 2019 年报道了肿瘤组织中过载的钾离子在抑制 TILs 效应功能的同时，通过重塑 T 细胞内的代谢维持了 TILs 的干性及自我更新能力^【5,6】。

酸性微环境是实体瘤的一大显著特征，目前已有研究表明升高的胞外酸度能抑制 T 细胞的效应功能，并且会影响其他免疫细胞如树突状细胞（DCs）和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs） 的活性及分化^【7-9】。然而，肿瘤内酸度是否参与调控「干性样」TILs 的产生及维持目前尚不清楚。

2023 年 1 月 30 日，中国医学科学院系统医学研究院/苏州系统医学研究所（简称「系统所」）李贵登/张连军团队与四川大学华西第二医院陈路团队合作在 Nature Metabolism 杂志上发表了题为 Extracellular acidosis restricts one-carbon metabolism and preserves T cell stemness 的研究论文。该研究发现长期酸处理通过抑制 MYC-SLC7A5 轴阻碍了 T 细胞内甲硫氨酸的摄入，进而重编程 T 细胞内的一碳代谢及表观遗传图谱，同时促进了线粒体的代谢适应性，最终维持了 T 细胞的「干性样」状态。

首先，作者们体外模拟酸性环境下（pH6.4-6.6）培养 T 细胞，发现长期酸处理可以显著促进小鼠及人「干性样」T 细胞亚群的形成。此外，通过转录组学、代谢组学以及同位素（¹³C₆-葡萄糖，¹³C₁₆-棕榈酸）示踪技术发现，长期胞外酸处理能够抑制 mTOR 信号通路及糖酵解途径，促进 T 细胞内的脂肪酸氧化（FAO），增强线粒体适应性, 从而维持「干性样」T 细胞的代谢表征。进一步深入分析以及通过 ¹³C₅-甲硫氨酸代谢流实验，作者们发现胞外酸度的升高显著抑制了 T 细胞内的甲硫氨酸摄入及一碳代谢（甲硫氨酸循环）。

机制上，一方面，胞外酸处理通过抑制 MYC 的表达，降低 T 细胞表面甲硫氨酸转运体（SLC7A5）的表达，进而削弱 T 细胞对胞外甲硫氨酸的摄入，最终抑制 S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的产生。S-腺苷甲硫氨酸作为组蛋白甲基化修饰的甲基供体，其减少会导致 T 细胞内组蛋白修饰的改变。另一方面，长期的胞外酸处理显著抑制了调控 H3K27me3 修饰的甲基化酶 EZH2 的表达，最终减少了胞内 H3K37me3 的水平。接下来，作者们通过 CUT&Tag 测序确定了胞外酸处理诱导的 H3K27me3 的减少促进了 T 细胞内干性相关基因的转录激活，最终维持了 T 细胞的干性特征。另外，作者们发现回补外源性甲硫氨酸可显著恢复 MYC-SLC7A5 轴的表达及胞内甲硫氨酸代谢，并部分抑制了胞外酸度诱导的 T 细胞干性表型，进一步说明甲硫氨酸代谢确实参与酸诱导的 T 细胞干性这一过程。

最后，作者们将经体外长期酸处理所获得的 OT-I 以及 CD19 CAR T 细胞应用于小鼠黑色素瘤（B16-OVA）及人白血病细胞（K562-CD19）小鼠模型，结果显示，相比较于未经酸处理的 T 细胞，经体外长期酸处理的 T 细胞在小鼠体内展现出更强的持久性和抗肿瘤功能。

综上，该研究发现长期的酸性微环境暴露能够重编程 T 细胞内的甲硫氨酸代谢和表观遗传图谱，从而维持了 T 细胞的干性表型。这些研究为进一步理解酸性肿瘤微环境与 T 细胞功能分化之间的联系提供了更深入的认识和思考。

中国医学科学院系统医学研究院/苏州系统医学研究所李贵登教授，张连军教授与四川大学华西第二医院陈路教授为该论文的通讯作者。苏州系统医学研究所助理研究员程洪成博士，北京协和医学院博士研究生邱雅静，苏州系统医学研究所科研助理许悦以及四川大学华西第二医院博士生陈莉为该论文的第一作者。

值得一提的是，针对这项研究，Nature Metabolism 同期配发了加拿大温哥华卑诗省儿童医院研究所 Ramon I. Klein Geltink 教授的评述：「本研究发现了酸性环境维持 T 细胞干性的新机制，证实了长期酸处理促进了 T 细胞内线粒体的代谢适应性，同时通过抑制 MYC-SLC7A5 轴阻碍了 T 细胞内甲硫氨酸摄入和一碳代谢，重塑 T 细胞内的表观遗传谱，诱导 T 细胞『干性样』基因表达程序。」