抑制乙酰辅酶A羧化酶改善肿瘤浸润的CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫能力

背景和研究目的

近年来，肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的代谢变化对肿瘤浸润T细胞（Tumor-Infiltrating Lymphocytes, TILs）功能的影响成为免疫学研究的热点。尽管T细胞具有强大的抗肿瘤能力，但在TME中，其功能往往被削弱，从而限制了其抑制癌症的能力。这种功能丧失的主要原因之一是TME中营养资源的匮乏，导致肿瘤细胞与免疫细胞竞争营养物质，尤其是葡萄糖。本文旨在研究TME中乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl-CoA Carboxylase, ACC）在CD8+ TILs中如何调控脂质利用，从而探讨限制ACC是否能通过增强脂肪酸氧化（Fatty Acid Oxidation, FAO）来改善CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫能力。

来源

该研究论文由Elizabeth G. Hunt、Katie E. Hurst、Brian P. Riesenberg等人撰写，2024年5月7日发表在《Cell Metabolism》36卷第969至983页。作者主要来自北卡罗来纳大学教堂山分校的Lineberger综合癌症中心和细胞生物学与生理学系。

研究流程

研究通过多个步骤进行解析，从而全面洞察ACC对CD8+ T细胞脂质代谢的影响。以下是整个研究的详细流程：

步骤一：TME对CD8+ TILs脂质代谢的影响

研究首先通过RNA测序（RNA-seq）检测MCA-205纤维肉瘤小鼠模型中的CD8+ TILs，发现这些T细胞显著富集了异常循环脂质相关基因。随后通过超高效液相色谱-质谱（UPLC-MS）脂质组学分析，证实CD8+ TILs中脂质含量较脾脏CD8+ T细胞显著增加。具体来说，中性脂质如三酰甘油（TAG）和二酰甘油（DAG）在肿瘤浸润的CD8+ T细胞中较为丰富，并通过共聚焦显微镜观察到这些细胞中脂质液滴（Lipid Droplets, LDs）的显著积聚。

步骤二：ACC在CD8+ T细胞中的作用

研究进一步探讨ACC在CD8+ T细胞中的具体作用，发现ACC1的表达在CD8+ TILs中显著上调。通过全基因组差异表达分析和蛋白质组学筛查，发现ACC1在小鼠和人类CD8+ TILs中均被诱导，且伴随着脂肪变性（Steatosis）。利用全增能复合体（CRISPR-Cas9）技术删除ACC1基因，发现ACC直接促进了细胞质LD中三酰甘油的储存。

步骤三：限制ACC对脂质代谢和T细胞生理功能的影响

通过代谢组学研究，发现限制ACC活性使得CD8+ T细胞的代谢重新编程，促使这些细胞更多地利用FAO产生能量。通过线粒体压力测试，证实限制ACC活性显著增加了T细胞的氧化代谢能力，表现为提高了特朗普旋转酶（TCA）循环中富含氧化能力的中间体如乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）和琥珀酸（Fumarate）等的含量。此外，利用脂质标记实验观察到在限制ACC活性的情况下，游离脂肪酸（Free Fatty Acid, FFA）更多地被定位于线粒体内而非储存为LDs。

步骤四：ACC对T细胞抗肿瘤功能的影响

在体内实验中，将通过限制ACC活性处理的OT-1 CD8+ T细胞输注至B16F1-OVA转移瘤小鼠模型中，研究发现这些处理后的T细胞显示出更强的肿瘤控制能力和耐受性。通过流式细胞术和荧光共聚焦显微镜分析，证实这些细胞在体内表现出与干细胞特性相关的表型标记，例如CD62L、TCF-1和Bcl-2。此外，这些T细胞还表现出增强的多功能性和减少的耗尽标记。

步骤五：ACC抑制剂对人CD8+ T细胞的影响

研究还探讨了ACC抑制剂在人体CD8+ T细胞中的应用潜力，发现ACC抑制剂处理显著促进了人类CD8+ T细胞中的中央记忆T细胞（Central Memory T Cells, TCM）的比例，并减少了效应记忆T细胞（Effector Memory T Cells, TEM）的比例。这一结果表明，ACC抑制剂有望作为一种调控人类T细胞代谢和功能的策略，从而改善免疫疗法的效果。

研究结果

a) 在多种肿瘤模型中，包括MCA-205纤维肉瘤、MC-38结肠腺癌和B16黑色素瘤，发现肿瘤浸润的CD8+ T细胞中普遍存在中性脂质的积累。这些积累的脂质主要表现为三酰甘油和二酰甘油，并储存在细胞质的脂质液滴中。 b) 在体外实验中，发现缺氧和营养剥夺状态下，CD8+ T细胞中脂质液滴的积累显著增加，并伴随着细胞功能的损失。 c) 通过基因编辑和化学抑制手段，证明ACC1在CD8+ T细胞中调控脂质合成和储存的作用，限制ACC活性显著增强了T细胞的脂肪酸氧化代谢，改善了在营养压力下的能量合成能力。 d) 在体内实验中，发现通过限制ACC活性处理的CD8+ T细胞更好地控制了肿瘤生长，并表现出更强的耐受性和多功能性。

研究结论和意义

研究表明，肿瘤微环境中，乙酰辅酶A羧化酶（ACC）在CD8+ T细胞中通过促进脂质合成和储存，抑制了这些细胞的脂肪酸氧化代谢，从而削弱了其抗肿瘤功能。通过限制ACC活性，可以显著改善CD8+ T细胞的代谢和功能，使其在肿瘤微环境中能够更长时间地维持强大的抗肿瘤免疫应答。这一发现为未来的免疫治疗，特别是基于CD8+ T细胞的细胞治疗提供了新的策略和理论依据。

研究亮点

1. 发现肿瘤微环境中的代谢条件对CD8+ T细胞脂质代谢的深远影响。
2. 证实ACC在CD8+ T细胞中通过脂质合成和储存抑制FAO，从而限制了T细胞的抗肿瘤能力。
3. 提出通过限制ACC活性来重编程T细胞代谢，增强其在肿瘤微环境中的生存和功能的新策略。
4. 研究成果不仅在小鼠模型中得到验证，还显示了在人体CD8+ T细胞调控中的应用潜力。

其他有价值的信息

该研究通过多种复杂的实验技术，包括UPLC-MS脂质组学分析、RNA-seq、CRISPR-Cas9基因编辑、流式细胞术和共聚焦显微镜等多种手段，全面解析了ACC在肿瘤浸润CD8+ T细胞脂质代谢中的关键作用。同时，该研究还关注了ACC抑制剂在人体免疫细胞中的应用，这为未来施行更有针对性的肿瘤免疫疗法奠定了基础。

该研究为利用代谢调控策略增强CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫功能提供了重要的理论和实验依据。未来的研究将进一步探索这些代谢调控策略在临床肿瘤免疫疗法中的应用潜力和效果。