醫(yī)學顧事 中華醫(yī)學會理事 神經(jīng)外科教授

2022年9月30日，哈佛大學醫(yī)學院Marcia C. Haigis團隊在Science雜志發(fā)表題為Oncometabolite D-2HG alters T cell metabolism to impair CD8+ T cell function的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)致癌代謝物D-2HG通過抑制乳酸脫氫酶（LDH）活性抑制CD8+ T細胞的糖酵解，進而破壞CD8+ T細胞殺傷腫瘤細胞的功能。本文強調(diào)了腫瘤微環(huán)境中的代謝物對免疫細胞的重要作用，加深了對腫瘤免疫逃逸的理解。

1

背景介紹

在膠質(zhì)瘤和急性髓系白血?。ˋML）中存在高頻率異檸檬酸脫氫酶（IDH）突變，該突變酶將α-酮戊二酸（α-KG）轉(zhuǎn)化D-2HG，導致致癌代謝物D-2HG大量積累。由于D-2HG和α-KG結(jié)構(gòu)相似，D-2HG會抑制α-KG依賴的羥化酶，造成DNA/RNA/蛋白質(zhì)甲基化異常，腫瘤細胞內(nèi)代謝改變等，在腫瘤發(fā)生和腫瘤進展中發(fā)揮重要作用。

腫瘤微環(huán)境（TME）是一個復雜的網(wǎng)絡體系，由腫瘤細胞，基質(zhì)細胞，免疫細胞以及其他細胞外成分構(gòu)成。目前關于D-2HG在腫瘤細胞內(nèi)的作用已經(jīng)研究的比較清楚，但是在腫瘤微環(huán)境中的作用研究較少。一些研究發(fā)現(xiàn)IDH突變的腫瘤組織中CD8+ T細胞浸潤明顯減少，表明D-2HG可能影響T細胞浸潤；同時，有研究表明D-2HG通過SLC家族蛋白進入CD8+ T細胞，激活AMPK信號，抑制T細胞增殖和活化，但具體的機制還未研究清楚。

因此，為了研究D-2HG如何影響TME中免疫細胞以逃避免疫攻擊，作者聚焦CD8+ T細胞，探討了D-2HG對CD8+ T細胞的代謝改變。

2

主要結(jié)果

1. D-2HG抑制CD8+ T細胞的增殖、活化和殺傷靶細胞的功能

為了研究D-2HG對CD8+ T細胞功能的影響，作者選用體外培養(yǎng)體系，從小鼠中分離na?ve CD8+ T細胞，并使用anti-CD3/CD28激活T細胞，再在培養(yǎng)基中加入D-2HG和其對映異構(gòu)體L-2HG。作者發(fā)現(xiàn)D-2HG處理一段時間后，CD8+ T細胞的增殖明顯受到抑制，而將D-2HG從培養(yǎng)基中去除后，抑制作用基本恢復，表明這種抑制作用是可逆的。同時D-2HG處理后CD8+ T細胞內(nèi)的顆粒酶B水平降低，脫顆粒過程降低，IFN-γ的產(chǎn)生和分泌也受到抑制。通過體外殺傷體系，作者進一步發(fā)現(xiàn)D-2HG能夠快速且可逆地抑制CD8+ T細胞殺傷能力（圖1）。

圖1. D-2HG以快速可逆的方式抑制

CD8+ T細胞增殖、殺傷能力和IFN-γ信號

2. D-2HG通過抑制LDH活性抑制CD8+ T細胞糖酵解

接下來，作者進一步探究了D-2HG顯著影響CD8+ T細胞功能的機制。鑒于這種快速可逆的特性，作者猜測D-2HG的作用原理不依賴于它的表觀遺傳調(diào)控功能，而且D-2HG處理后CD8+ T細胞內(nèi)組蛋白甲基化水平無明顯變化，因此作者認為D-2HG并不能誘導T細胞發(fā)生表觀遺傳重編程，猜測D-2HG可能是通過影響代謝進而影響T細胞功能。作者首先檢測了D/L-2HG在CD8+ T細胞內(nèi)無法被代謝；接著作者通過代謝組學技術(shù)發(fā)現(xiàn)D-2HG能夠顯著改變糖酵解中間產(chǎn)物的積累，降低CD8+ T細胞內(nèi)乳酸/丙酮酸的比例，因此作者認為D-2HG處理顯著抑制了CD8+ T細胞糖酵解（圖2）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，D-2HG通過抑制LDH活性抑制丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，并打破了CD8+ T細胞內(nèi)NAD+/NADH平衡（圖3）。

圖2. D-2HG改變CD8+ T細胞糖酵解

圖3.D-2HG抑制CD8+ T細胞LDH-A酶活性

T細胞在激活后，代謝會經(jīng)歷從氧化磷酸化到糖酵解的轉(zhuǎn)變，同時NADH是氧化磷酸化重要的還原力，因此作者接下來研究D-2HG對代謝途徑轉(zhuǎn)換的影響。作者首先對CD8+ T細胞內(nèi)的ATP來源分析，發(fā)現(xiàn)D-2HG處理增加了CD8+ T細胞對氧化磷酸化的依賴，且氧氣消耗率增加。進一步研究發(fā)現(xiàn)D-2HG處理增加了線粒體膜電位，使線粒體膜超極化（MMP），并以快速且可逆的方式增加線粒體呼吸，使線粒體呼吸最大化。同時NADH/NAD+比例升高也促進線粒體膜超極化，并增加CD8+ T細胞對線粒體復合物I活性的增加，導致ROS的增加（圖4）。

圖4. D-2HG打破CD8+ T細胞NAD(H)平衡

使線粒體膜超極化

為了檢測LDH抑制是否足以造成相應的表型改變，作者使用了兩種公認的LDH抑制劑oxamate和GSK-2837808A，按照與D-2HG相同的處理方法，發(fā)現(xiàn)LDH抑制劑能夠降低乳酸/丙酮酸的比例、NAD+/NADH的比例，抑制CD8+ T細胞糖酵解；同時D-2HG處理也能夠增加CD8+ T細胞對氧氣的利用率和線粒體超極化，增加CD8+ T細胞對氧化磷酸化的依賴。此外，D-2HG處理能夠抑制CD8+ T細胞增殖，減少顆粒酶和IFN-γ的合成，抑制脫顆粒過程以及CD8+ T細胞殺傷能力。因此，LDH抑制劑足以引起相應的表型改變，反向驗證了D-2HG通過抑制LDH來損害T細胞功能。至此，作者完成了D-2HG影響CD8+ T細胞功能的作用機制研究：D-2HG通過抑制LDH活性抑制CD8+ T細胞糖酵解，并打破NAD+/NADH平衡，增加了CD8+ T細胞對糖酵解的依賴，進而破壞其殺傷能力（圖5）。

圖5. LDH抑制能夠重現(xiàn)D-2HG對CD8+ T細胞

代謝、增殖、殺傷能力和IFN-γ信號的影響

5. IDH突變的膠質(zhì)瘤病人組織中CD8+ T細胞代謝改變、殺傷能力降低

為了進一步探究D-2HG在抗腫瘤免疫中的作用，作者使用了兩種小鼠腫瘤模型，將過表達IDH1-WT/IDH1-R132H的小鼠黑色素瘤細胞B16和結(jié)腸癌細胞MC38分別注入小鼠皮下，一段時間后在腫瘤間質(zhì)液中檢測到低毫摩爾級水平的D-2HG，并發(fā)現(xiàn)腫瘤浸潤的CD8+ T細胞減少、增殖能力下降，且生成細胞因子的能力降低。因此，在小鼠模型中腫瘤來源的D-2HG能夠抑制CD8+ T細胞對腫瘤細胞的應答反應。接著作者對來自IDH-WT和IDH-mutant膠質(zhì)瘤病人的組織樣本進行分析，發(fā)現(xiàn)IDH-mutant腫瘤組織中D-2HG濃度可以達到高毫摩爾級水平，且高濃度的D-2HG只存在于腫瘤組織中，而在周圍的健康組織檢測不到。同時，作者發(fā)現(xiàn)與IDH-WT膠質(zhì)瘤組織相比，IDH-mutant腫瘤組織乳酸水平降低。進一步研究發(fā)現(xiàn)，IDH-mutant膠質(zhì)瘤組織中CD8+ T細胞密度與D-2HG濃度呈負相關，表明在膠質(zhì)瘤組織中D-2HG可能影響CD8+ T細胞浸潤和增殖。為了進一步在生理條件下探究膠質(zhì)瘤TME中的D-2HG積累對CD8+ T細胞功能的影響，作者對來自IDH-WT/mutant的腫瘤浸潤CD8+ T細胞進行轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）分析，發(fā)現(xiàn)IFN信號相關的基因在IDH-mutant腫瘤組織中顯著下調(diào)，且CD8+ T細胞殺傷功能和IFN通路相關功能受到抑制（圖6）。

圖6. 與IDH1-WT腫瘤組織相比，IDH1-mutant

腫瘤組織代謝和細胞毒性特征發(fā)生改變

3

文章總結(jié)

綜上所述，該研究發(fā)現(xiàn)了致癌代謝物D-2HG抑制CD8+T細胞殺傷腫瘤細胞的新機制，強調(diào)了腫瘤微環(huán)境中異常代謝物積累促進免疫逃逸的潛力，為癌癥治療提供新的可能。

原文鏈接

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj5104