【导读】肿瘤微环境中的一些代谢物可以改变固有免疫功能。
9月26日，武汉大学李友军教授研究团队在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“Increases in 4-Acetaminobutyric Acid Generated by Phosphomevalonate Kinase Suppress CD8+ T Cell Activation and Allow Tumor Immune Escape”，本研究展示了PMVK如何让肝细胞癌（HCC）细胞克服由CD8+ T细胞介导的抗肿瘤免疫。在HCC中，需要耗尽PMVK以促进CD8+ T细胞激活，并随后抑制肿瘤生长。机制上，PMVK磷酸化并稳定GAD1，从而增加GABA的合成，GABA通常作为神经递质发挥作用。然而，PMVK还招募ACAT1，并允许其将GABA转化为4-Ac-GABA，并将其释放到肿瘤微环境中。在那里，4-Ac-GABA激活CD8+ T细胞上的GABAA受体（GABAAR），抑制AKT1信号通路。这反过来又抑制CD8+ T细胞的激活、肿瘤内浸润和抗肿瘤反应。在HCC小鼠模型中抑制PMVK或GABAAR克服了对抗PD-1免疫检查点疗法的抵抗。这些发现揭示了关键代谢酶PMVK、GAD1和ACAT1之间非传统的协同作用，它们重新编程谷氨酰胺代谢以合成一种强大的CD8+ T细胞抑制剂4-Ac-GABA。阻断CD8+T细胞中4-Ac-GABA信号通路，特别是在与免疫检查点抑制剂联合使用的情况下，可能代表了一种新的、有效的免疫疗法。
背景知识
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肝细胞癌（HCC）是全球最致命且最常见的癌症之一。HCC的发病率受到多种因素的影响，包括先前存在的疾病，如酒精性和非酒精性肝硬化；代谢因素和环境及饮食毒素。尽管目前治疗HCC的主要方法包括手术切除、肿瘤消融和化疗，但长期生存率仍然很低。最近，免疫疗法已改变了某些癌症的治疗方式。然而，只有20%的HCC患者从免疫检查点阻断（ICB）疗法中获益。这种不理想的反应的主要原因是肿瘤通常会改变其肿瘤微环境，从而允许非淋巴细胞免疫细胞参与T细胞失活和耗竭。因此，免疫微环境和特定病因依赖的免疫特征在ICB疗法的响应中起着关键作用。慢性乙型肝炎感染会促进抑制性免疫检查点蛋白的表达，而丙型肝炎感染会导致耗竭和功能障碍的CD8+T细胞的积累。非酒精性脂肪性肝炎通常伴有弥漫性炎症浸润，并且已经发现复杂的免疫细胞-肝细胞相互作用网络有助于免疫逃逸。检查点分子是抗肿瘤T细胞反应的入口。针对免疫检查点受体PD-1和CTLA-4的靶向治疗是治疗实体肿瘤的免疫疗法的焦点。PD-1和PD-L1相互作用导致T细胞激活激酶的广泛去磷酸化，从而导致T细胞失活。CTLA-4抑制B7配体与CD28的相互作用，从而降低激活的CD4和CD8 T细胞的数量。抑制T细胞活性的免疫检查点还包括TIM-3和LAG3。这些和其他免疫检查点已成为广泛的临床研究的焦点。然而，研究人员对调控免疫反应和逃避的分子基础的理解仍然不完整。
肿瘤微环境（TME）的代谢重编程对肿瘤的发生和发展具有重要影响，并可显著改变肿瘤的免疫敏感性。肿瘤代谢重塑还可导致TME中额外免疫调节代谢物的积累。这些代谢物可通过影响T细胞免疫的发展和活性而发挥非代谢作用。因此，研究TME中肿瘤与免疫细胞之间的代谢交互作用，并将肿瘤固有代谢与免疫逃避机制和免疫治疗联系起来，可能提供新的治疗洞见。
4-Ac-GABA抑制CD8+T细胞激活和浸润，是导致肝癌免疫逃逸的原因
02
为了探究4-Ac-GABA对抗肿瘤免疫的影响，研究人员给PMVK敲除C57BL/6J小鼠注射DEN/CCl4诱导的HCC，并给予4-Ac-GABA治疗，显著促进了肿瘤生长。免疫组织化学染色和流式细胞术评估显示，CD8+T细胞的浸润显著减少。从肿瘤中分离出的CD8+T细胞中，PMVK抑制导致IFNγ和GzmB水平明显升高，而PD-1、TIM-3和CTLA-4的水平没有显著变化。4-Ac-GABA治疗部分恢复了PMVK敲除引起的表型。这些结果表明，4-Ac-GABA可能通过减少CD8+T细胞的激活和浸润来影响肿瘤生长。
4-Ac-GABA能抑制CD8+T细胞的浸润和激活，促进肝癌的免疫逃逸
肿瘤中PMVK水平升高时，4-Ac-GABA的来源是什么？PMVK在Hep3B细胞中高度表达，并且在组织培养上清液中发现了大量4-Ac-GABA。当C57BL/6J小鼠的脾脏CD8+T细胞暴露于4-Ac-GABA时，CD8+T细胞沉淀中几乎检测不到4-Ac-GABA，而大部分4-Ac-GABA留在培养基上清液中。在DEN/CCl4诱导的HCC中也获得了类似的结果。在PMVK敲除肝脏中产生的HCC中，4-Ac-GABA水平显著降低。此外，4-Ac-GABA剂量依赖性地降低CD8+T细胞的存活率。接受4-Ac-GABA治疗的CD8+T细胞显示出更高的胞外酸化率（ECARs）和更低的氧消耗率（OCRs）。在C57BL/6J免疫功能正常的小鼠移植肿瘤中耗竭CD8+T细胞导致肿瘤生长更快，这与之前的研究结果一致。此外，4-Ac-GABA治疗并未进一步影响CD8+T细胞耗竭的肿瘤生长。这些结果表明，肿瘤细胞中较高的PMVK水平在TME中产生高水平的4-Ac-GABA，从而抑制CD8+T细胞的激活和浸润。
之前的研究已经证明，4-Ac-GABA可以调节肿瘤微环境中CD8+T细胞的浸润和活性。然而，其确切的内在机制尚不明确。在免疫功能正常的小鼠中，给予4-Ac-GABA后观察到显著的移植性HCC肿瘤生长增强，而在免疫缺陷小鼠中则未观察到显著影响。这强烈表明，4-Ac-GABA通过影响肿瘤免疫来影响肿瘤生长。
研究人员接下来研究了4-Ac-GABA是如何影响CD8+T细胞激活和浸润的机制。考虑到之前的报告指出4-Ac-GABA是GABA的乙酰化产物，研究人员想知道这两种分子是否共享相同的受体，结果发现CD8+脾T细胞中α亚基的整体表达水平较高。研究人员向培养基中添加4-Ac-GABA后，GABAARα3亚基的mRNA水平显著增加。用浓缩肝癌细胞培养液培养的分离的CD8+T细胞的实验结果与这些发现一致。应用GABAARα拮抗剂Bic（bicuculline）有效地抑制了通常在4-Ac-GABA治疗后出现的加速肿瘤生长。流式细胞术分析结果也与早期发现一致。总之，这些数据表明4-Ac-GABA通过表面结合的GABAARα3亚基影响CD8+T细胞信号通路，导致CD8+T细胞激活和浸润TME的减少。
研究小结
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总之，研究人员已经证明了甲羟戊酸通路酶PMVK重新编程了谷氨酰胺代谢，以便高度偏向合成4-Ac-GABA。这是通过招募和激活GAD1和ACAT1实现的，导致GABA积累、4-Ac-GABA合成效率提高，并抑制CD8+ T细胞激活、肿瘤内浸润和抗肿瘤反应。揭示了一个新的机制，即癌症代谢重编程介导的TME代谢物改变显著影响肿瘤免疫。PMVK抑制，可能与PMVKi5或其类似物等药物联合使用，因此代表了一种合理和新颖的治疗方法。
【参考资料】
【关于投稿】