摘要
肿瘤微环境是由肿瘤细胞、基质细胞和多种免疫亚群组成的动态网络。众所周知，肿瘤微环境(TME)内的代谢干扰极大地影响了浸润的免疫细胞的组成和功能，因此过度地调节了抗肿瘤免疫。一般来说，大多数实体肿瘤被认为是富含脂质的环境，有利于肿瘤细胞的生长和免疫逃逸。这里我们简单总结一下积累的脂质对肿瘤细胞和免疫细胞的影响。我们还讨论了在TME靶向脂质代谢的可能性和优化癌症治疗的潜在策略。
关键词
肿瘤微环境，脂质代谢，免疫抑制，抗肿瘤免疫，T细胞
1.1内脂类的积累
癌细胞的发展依赖于一个称为肿瘤微环境(TME)的特殊生态位，它包含细胞外基质和许多细胞类型，包括癌细胞、内皮细胞、基质成纤维细胞和免疫细胞的不同亚群。在TME，由于肿瘤细胞对维持其能量产生和生物功能的营养需求很高，所以葡萄糖、氨基酸和脂肪酸(FAs)等营养条件各不相同。TME内部的这种营养竞争反过来导致癌细胞和免疫细胞的代谢重编程，这可能对浸润的免疫细胞类型的组成/密度有深远的影响，或者直接调节它们的功能以促进肿瘤生长和免疫抑制。近年来，为了提高针对肿瘤的免疫治疗效果，已经进行了许多努力来理解癌细胞和免疫细胞之间的代谢干扰。
脂质根据其结构/生物特征分为多种亚型，包括磷脂、FAs、甘油三酯、胆固醇、胆固醇酯、鞘脂等。在TME，脂质代谢作为重要的能量来源和细胞膜的重要成分之一，与细胞增殖和功能密切相关。某些脂质，如鞘氨醇-1-磷酸、前列腺素、二酰基甘油、磷脂酰肌醇磷酸和一些胆固醇衍生物，可以作为信号分子来调节细胞生长和功能。大量研究表明，游离FAs在几种人体肿瘤组织中含量丰富。尽管FAs在支持增殖性癌细胞通过FAs β-氧化(FAO)产生能量方面起着关键作用，但在某些免疫细胞如调节性T细胞(Tregs)和肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)中FAO的增强被认为对它们的存活和在肿瘤进展中的抑制功能很重要。除了FAs，胆固醇，一种质膜的基本成分，也与癌症的生长和转移有关。过量的游离胆固醇被胆固醇酰基转移酶-1 (ACAT1)酯化，形成胆固醇酯，储存在脂滴中。胆固醇酯在多种肿瘤组织中发现，如乳腺癌、神经胶质瘤和前列腺癌，而在相应的健康组织中通常检测不到。
TAMs中脂质积累的机制尚不清楚。Xiang等证明了单酰基甘油脂肪酶(MGLL)缺乏导致结肠癌模型TAMs脂质超载。此外，骨髓特异性缺失MGLL可促进肿瘤生长，这在很大程度上归因于巨噬细胞介导的免疫抑制和CD8+ T细胞功能下降。另一方面，MGLL的过表达刺激促炎性细胞因子的产生和M1极化以及优越的抗肿瘤效果。随着检测技术的快速发展，需要对TME内的脂质种类和数量进行更强大的高通量测量分析。然而，脂质是如何在不同的细胞亚群中产生和积累的仍有待确定，了解它们在肿瘤进展和转移中的生物学结局也很重要。
1.2肿瘤转移中的脂质代谢
与对脂质的高需求相一致，各种癌症的脂肪生成和脂质摄取也增加，这被认为是恶性肿瘤的标志。癌细胞利用主要来自柠檬酸三羧酸(TCA)循环的乙酰辅酶A (AcCoA)从头合成脂质。脂肪生成的关键调节因子，如脂肪酸合酶(FASN)、丝氨酸蛋白酶抑制剂、硬脂酰辅酶a去饱和酶1 (SCD1)和乙酰辅酶a羧化酶(ACC)在多种人类癌症中显著上调。除了从头合成脂质，哺乳动物细胞可以直接从外源环境中摄取脂质。例如，CD36负责将FAs转运到细胞中，并增加脂质代谢，从而促进肿瘤细胞的生长和转移。类似地，除了从头合成，哺乳动物细胞可以从低密度脂蛋白(LDL)的摄取中获得胆固醇。低密度脂蛋白与膜结合低密度脂蛋白受体(LDLR)的结合被内化并转运到晚期内体/溶酶体，在那里溶酶体酸性脂肪酶(LAL)可以消化靶并导致游离胆固醇释放。此外，体内和体外实验积累的证据表明，癌症相关的成纤维细胞(CaF)可以将脂质转移到作为FAs中枢的TME，以支持癌细胞的生长(图1.1)。此外，卵巢癌细胞甚至可以诱导邻近脂肪细胞的代谢改变，向微环境释放游离FAs，从而为支持癌细胞增殖提供能量供应。
图1.1
TME脂质代谢的重新编程。癌细胞通过利用脂质分解代谢提供能量来适应营养缺乏的微环境。与癌症相关的成纤维细胞(CaF)一起将脂质转移到TME，癌细胞内脂质合成的增加可能导致TME的脂质积累，这进一步调节免疫反应。MDSCs、TAMs 、Tregs受益于血脂的增加和升高的FAO对其免疫抑制和促肿瘤功能的支持。值得注意的是，过量的脂质可能对某些免疫细胞的效应功能有害，从而导致抗肿瘤免疫受损。例如，FAs的积累抑制树突状细胞的自然杀伤细胞毒性和肿瘤相关抗原呈递能力，过量的胆固醇可诱导CD8+ T细胞衰竭
如上所述，癌细胞倾向于利用FAO在营养缺乏的微环境中生存。发现血管生成抑制剂治疗诱导的缺氧和营养缺乏条件通过增加脂质代谢重编程来促进癌细胞增殖。因此，靶向肉碱棕榈酰转移酶1α (CPT1α)是β-氧化的关键因素，负责FAs穿梭进入线粒体以启动β-氧化，是提高各种动物模型抗癌效果的有效策略。鉴于癌细胞中显著上调的脂肪生成和脂质摄取，靶向这些途径已被证明对某些癌症的治疗有效。例如，产脂酶FASN抑制剂TVB-2640对实体瘤患者的作用正在积极进行临床研究。人类口腔癌、黑色素瘤和luminal A乳腺癌中CD36阳性细胞比CD36表达水平低的细胞更容易发生转移，这与临床预后一致。通过抗体进一步阻断肿瘤细胞上的CD36完全抑制免疫缺陷和免疫活性的人口腔癌原位小鼠模型中的转移。同样，靶向胆固醇合成途径的关键成分在临床前小鼠模型中显示出有希望的疗效，他汀类药物联合化疗药物的疗效也在临床试验中得到积极探索。值得注意的是，由于较高的内质网应激，过量的细胞内游离胆固醇对细胞具有细胞毒性，这可能诱导随后的凋亡。因此，抑制胆固醇酯化被认为是治疗某些转移性癌症的新策略。
1.3血管内皮细胞中的脂质代谢和血管生成
与大多数更依赖线粒体氧化磷酸化的分化细胞相反，内皮细胞(ECs)是高度糖酵解的，因此即使在充足的氧气下也能积累大量乳酸盐。血管内皮生长因子可以通过增强葡萄糖摄取和激活磷酸果糖激酶-2/果糖-2，6-二磷酸酶3 (PFKFB3)进一步增加糖酵解。一直以来，沉默PFKFB3会导致血管生成受损。有趣的是，内皮细胞中PFKFB3活性的失活导致肿瘤血管正常化，这损害了转移并促进了化疗的应答率。导管萌发过程中的内皮细胞增殖需要FAO。值得注意的是，静止的内皮细胞显示出比增殖的内皮细胞更高的FAO率。有趣的是，在静止状态下，能量稳态或生物量合成不需要增加FAO。相反，静止的内皮细胞严重依赖FAO进行NADPH再生和维持氧化还原平衡。Notch信号激活触发FAO的CPT1α转录。ECs中CTP1α的特异性丢失会引发DNA复制的从头核苷酸合成受损，能量产生和氧化还原稳态不受影响。
1.4免疫抑制中的脂质代谢
除了肿瘤细胞内脂质代谢的变化，TME内的代谢限制也可能影响浸润性免疫细胞的分布特征及其功能(图1.1)。TAMs代表TME髓样浸润的主要部分，通过促进免疫抑制和血管生成来支持肿瘤生长和转移。例如，发现小鼠和人TAMs都由于CD36表达升高而增加脂质摄取，这是TAM分化和功能所必需的。此外，最近的证据表明，细胞外FAs，特别是不饱和FAs，可以诱导浸润单核细胞的促瘤TAMs极化(图1.1)，破坏髓样细胞中脂滴衍生的FAs可以减少肿瘤进展。此外，还发现磷脂代谢调节TME效应，从而调节肿瘤进展。例如，最近的一项研究表明，与癌旁区域相比，结肠直肠癌中溶血磷脂酸的水平降低，与1-酰基甘油-3-磷酸O-酰基转移酶4 (Agpat4)的表达增加一致。有趣的是，Agpat4缺乏降低M2，而促进M1样巨噬细胞极化，这进一步增强T细胞功能和抗肿瘤免疫。肝细胞癌TAMs中受体相互作用蛋白激酶3 (RIPK3)的遗传缺陷导致FAO增强和由于PPAR激活导致的肿瘤前M2极化。
通过转移性卵巢癌的小鼠模型，Goossens等人清楚地证明了TAMs中胆固醇流出的增加会严重调节其肿瘤促进功能，这与IL-4信号的增加和IFN-γ转录程序的抑制有关。因此，在TAMs中防止胆固醇外流是一种潜在的新的抗肿瘤治疗策略。类似地，先前的研究表明，抑制抗肿瘤免疫反应的肿瘤浸润性MDSCs (T- MDSCs)的脂肪酸摄取和FAO也增加(图1.1)。有趣的是，最近的一项研究优雅地表明，CD36在Tregs中选择性地增加，这是抗肿瘤免疫的另一个主要障碍。因此，这些Treg细胞表现出增强的脂肪酸摄取和脂质代谢，以支持其生存和功能。Treg特异性CD36缺失导致肿瘤内Treg细胞减少和肿瘤生长延迟，并伴有TILs浸润和抗肿瘤免疫的增强。α-CD36抗体进一步靶向肿瘤内Treg细胞的CD36导致Treg细胞功能受损并增强抗肿瘤免疫。总之，TAMs或肿瘤内Tregs上CD36表达的升高导致FAO和免疫抑制的增强(图1.1)。在这些免疫抑制细胞中靶向脂质摄取或选择性抑制FAO可作为人类癌症治疗的潜在治疗策略。
1.5 T细胞/自然杀伤细胞抗肿瘤免疫中的脂质代谢
在肿瘤浸润的免疫细胞中，CD8+ T细胞在抗肿瘤免疫中起着核心作用，但它们的效应细胞功能在TME受到很大抑制。考虑到活化的CD8+ T细胞主要依赖有氧糖酵解为生产性生长和细胞因子的产生提供能量，有理由推测肿瘤浸润的CD8+ T细胞在TME内对缺氧和低水平葡萄糖和/或其他营养物的反应中经历功能衰退（耗尽）。事实上，通过PPARα激动剂非诺贝特增强FA分解，导致CD8+T细胞杀伤肿瘤的功能增强，并在体内与PD-1阻断疗法协同作用时明显加强了抗肿瘤的功效。然而，发现树突状细胞(DCs)中脂质含量的增加降低了呈递肿瘤相关抗原的能力。同样，自然杀伤（NK）细胞，肿瘤免疫监视中的另一个细胞毒性免疫细胞亚群，在PPARα介导的FA增加时显示出功能抑制状态。。自然杀伤细胞中的脂质积累抑制了细胞毒性机制向NK细胞-肿瘤突触的转运，并损害了免疫监视(图1.1)。阻断PPARα/δ信号传导或脂质转运至线粒体可逆转NK细胞的细胞毒性并减少肿瘤的生长。此外，高血清胆固醇诱导的自然杀伤细胞中胆固醇的积累可刺激其效应物功能，以保护小鼠模型中的肝癌细胞。值得注意的是，脂肪酸代谢在调节CD8+ T细胞或NK细胞功能/衰竭方面的作用仍处于起步阶段，值得进一步研究。
此外， T细胞特异性缺失关键胆固醇酯化酶ACAT1导致CD8+ T细胞增殖增强、效应器功能增强和体内抗肿瘤免疫增强。此外，当与抗PD1阻断联合使用时，阿伐麦布对ACAT1的药理学阻断显示出更好的抑制小鼠黑色素瘤进展效果。另一方面，研究还表明，TME的胆固醇增加，胆固醇水平升高导致CD8+ T细胞衰竭。事实上，胆固醇通过触发内质网应激上调共抑制分子如PD-1和2B4在CD8+ T细胞上的表达。胆固醇始终抑制产生白介素-9的CD8+ T细胞(Tc9)的分化及其抗肿瘤活性，降低胆固醇水平可以以白介素-9依赖的方式增强Tc9细胞在体内的持久性和抗肿瘤免疫。然而，肿瘤来源的胆固醇如何代谢重组CD8+ T细胞衰竭，这在很大程度上仍然未知。开发降低TME胆固醇含量的策略可能代表有希望的治疗目标，可以恢复受损的TILs功能(图1.1)。
1.6结论和观点
癌细胞的适应性代谢改变造成了富含脂质的TME，塑造了免疫细胞的组成和功能，最终保护了肿瘤生长不受免疫反应影响。线粒体与脂肪酸代谢密切相关，需要进一步研究脂质代谢的改变如何影响TME内不同类型细胞的线粒体适合度fitness (含量和质量)。值得注意的是，鉴于可能出现的相反结果和TME的复杂性，在设计癌症免疫疗法的策略时，专门针对某一特定细胞类型的脂质代谢并达到最大的抗肿瘤效果仍然具有挑战性。
Ma, K. & Zhang, L. Overview: Lipid Metabolism in the Tumor Microenvironment. Adv. Exp. Med. Biol. 1316, 41-47, doi:10.1007/978-981-33-6785-2_3 ().
王乐医生｜共享健康
