肿瘤来源的细胞外囊泡PD-L1通过脂质代谢重编程促进T细胞衰老

生命科学 细胞生物学 医学 肿瘤学 免疫学
肿瘤微环境 T细胞衰老 脂质代谢 PD-L1 免疫疗法

肿瘤细胞外囊泡中的PD-L1通过脂质代谢重编程促进T细胞衰老

学术背景

近年来，免疫疗法在癌症治疗中展现出巨大的潜力，尤其是针对PD-1/PD-L1（程序性细胞死亡蛋白1及其配体）和CTLA-4（细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4）等免疫检查点的阻断疗法。然而，尽管这些疗法在某些癌症类型中取得了显著效果，但整体上，癌症免疫疗法的成功率仍然有限。许多患者对免疫疗法无反应或反应短暂，这表明肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）中存在复杂的免疫抑制机制，导致T细胞功能失调。

肿瘤细胞外囊泡（tumor-derived extracellular vesicles, TEVs）是肿瘤细胞分泌的微小囊泡，能够携带多种生物活性分子，如蛋白质、脂质、RNA和DNA，并通过这些分子在肿瘤微环境中介导细胞间通讯。TEVs已被证明在肿瘤进展和免疫抑制中发挥重要作用。然而，TEVs如何具体影响T细胞的功能，特别是是否通过代谢重编程诱导T细胞衰老，仍是一个亟待解决的问题。

本研究的目的是揭示TEVs如何通过其中的PD-L1分子诱导T细胞衰老，并探索这一过程的分子机制。这一研究不仅有助于深入理解肿瘤微环境中的免疫抑制机制，还为克服免疫疗法耐药性提供了新的思路。

论文来源

本论文由Feiya Ma、Xia Liu、Yuanqin Zhang、Yan Tao、Lei Zhao、Hazar Abusalamah、Cody Huffman、R. Alex Harbison、Sidharth V. Puram、Yuqi Wang和Guangyong Peng共同完成，分别来自Saint Louis University School of Medicine、Washington University School of Medicine等多所研究机构。论文于2025年2月12日发表在Science Translational Medicine期刊上，标题为《Tumor extracellular vesicle–derived PD-L1 promotes T cell senescence through lipid metabolism reprogramming》。

研究流程与结果

1. TEVs诱导T细胞衰老

研究首先从多种人类肿瘤细胞系（如黑色素瘤A375、肺癌A549和乳腺癌MCF7）中提取TEVs，并与T细胞共培养。结果显示，TEVs能够显著抑制T细胞的增殖，并诱导T细胞衰老，表现为衰老相关β-半乳糖苷酶（senescence-associated β-galactosidase, SA-β-gal）的表达增加。此外，TEVs还能下调T细胞表面的CD28表达，并上调细胞周期调控分子p16、p21和p53。

2. PD-L1在TEV诱导T细胞衰老中的作用

通过蛋白质组学分析，研究发现TEVs中含有321种核心蛋白，其中34种与PD-L1信号相关。进一步实验证实，PD-L1是TEVs诱导T细胞衰老的关键分子。通过CRISPR-Cas9技术敲除肿瘤细胞中的PD-L1基因，或使用抗PD-L1中和抗体阻断其功能，均可显著减少TEVs诱导的T细胞衰老。此外，实验还发现，重组PD-L1蛋白能够直接诱导T细胞衰老，且这一过程与T细胞衰竭（如PD-1、TIM3和CTLA-4的表达）无关。

3. TEVs通过DNA损伤和CREB信号诱导T细胞衰老

研究进一步探讨了TEVs诱导T细胞衰老的分子机制。结果显示，TEVs能够激活ATM（共济失调毛细血管扩张突变蛋白）信号通路，导致DNA损伤反应。此外，TEVs还通过激活CREB（环磷腺苷反应元件结合蛋白）信号通路，促进脂质代谢重编程。实验结果还表明，CREB信号的激活是TEVs诱导T细胞衰老的关键步骤。

4. TEVs通过脂质代谢重编程促进T细胞衰老

研究发现，TEVs能够显著上调T细胞中与胆固醇合成和磷脂代谢相关的基因表达，并促进胆固醇和脂滴（lipid droplet, LD）的积累。通过使用胆固醇合成抑制剂辛伐他汀（simvastatin）或脂滴形成抑制剂avasimibe，可以有效阻止TEVs诱导的T细胞衰老。

5. 体内实验验证TEVs诱导T细胞衰老

在小鼠模型中，研究证实TEVs能够在体内诱导T细胞衰老，并促进脂质积累。通过使用GW4869抑制TEVs的生成，或使用抗PD-L1抗体、CREB抑制剂666-15和辛伐他汀进行治疗，均可显著减少T细胞衰老并增强抗肿瘤免疫反应。

结论与意义

本研究发现，肿瘤细胞外囊泡中的PD-L1通过激活DNA损伤、CREB信号和脂质代谢重编程，诱导T细胞衰老并抑制其功能。这一研究不仅揭示了肿瘤微环境中免疫抑制的新机制，还为克服免疫疗法耐药性提供了新的治疗策略。通过抑制TEVs的生成、阻断PD-L1功能或调控脂质代谢，可以有效逆转T细胞衰老，增强肿瘤免疫疗法的效果。

亮点与创新

  1. 首次揭示了TEVs中的PD-L1在T细胞衰老中的作用，为理解肿瘤微环境中的免疫抑制机制提供了新视角。
  2. 揭示了脂质代谢重编程在T细胞衰老中的关键作用，为开发靶向T细胞代谢的癌症治疗策略提供了理论依据。
  3. 通过临床前小鼠模型验证了调控T细胞衰老的治疗潜力，为免疫疗法的优化提供了实验支持。

其他有价值的信息

本研究还开发了多种新颖的实验方法，如利用CRISPR-Cas9技术敲除PD-L1基因、使用GW4869抑制TEVs生成等。这些方法为进一步研究肿瘤微环境中的免疫抑制机制提供了重要的技术手段。

这项研究不仅在基础科学领域具有重要价值，还为临床癌症治疗提供了新的思路和策略，具有广泛的应用前景。