研究背景

在營養物質匱乏的腫瘤微環境（TME）中，腫瘤細胞和CD8⁺T細胞會競爭性攝取有限的營養物質，最終導致CD8⁺T細胞功能出現障礙。已有研究表明，TME中的細胞代謝與脂肪酸氧化（FAO）有關，但在TME中CD8⁺T細胞的脂質代謝是如何受到調控以及如何通過脂質代謝調控CD8⁺T細胞的殺傷功能目前尚未闡釋清晰。

研究概述

2024年3月，美國北卡羅來納大學教堂山分校Lineberger綜合癌癥中心的Jessica E. Thaxton教授研究團隊在Cell Metabolism雜志上發表題為“Acetyl-CoA carboxylase obstructs CD8⁺T cell lipid utilization in the tumor microenvironment”的研究論文，揭示了抑制TME中乙酰輔酶A羧化酶（ACC）的活性和表達可促進線粒體對游離脂肪酸的利用和生物能量的合成，從而提高CD8⁺T細胞在TME中的生存能力和抗癌效果。

技術路線圖

研究結果

功能失調的CD8⁺TIL中存在脂質累積

從纖維肉瘤中分離出的CD8⁺腫瘤浸潤性T細胞（TILs）和自體脾臟CD8⁺T細胞的轉錄組測序和脂質組學分析結果均提示，纖維肉瘤來源的TILs中存在中性脂肪累積。共聚焦顯微鏡和流式細胞儀結果表明，與正常組織相比，腫瘤組織中的T細胞群中脂質積累顯著，并得到了來自結腸腺癌和黑色素瘤小鼠脾臟分離的TILs樣本的驗證。

隨后開展體外驗證試驗，將腫瘤細胞和T細胞分上下兩個腔室共培養，與對照組相比，無營養供應、缺氧和持續的抗原刺激下的TILs中累積了更多的脂滴，且TME中TILs的功能喪失情況會隨時間加劇，整體表明在TME中TILs存在脂質異常積累的現象，這與功能失調的T細胞狀態有關。

圖1. 功能失調的CD8⁺TIL存在脂質累積

ACC決定CD8⁺T細胞的脂質組成

轉錄組學和蛋白質組學結果提示脂質合成相關蛋白ACC1的表達在CD8⁺TIL和脾細胞中存在顯著差異，PCR結果也同樣證實了CD8⁺TIL比外周CD8⁺T細胞中的ACC1表達更高，表明ACC1在TILs的脂質儲存中具有關鍵影響。

用ND-646（ACCi，ACC1抑制劑）處理可顯著降低T細胞中丙二酰輔酶A（可為脂肪酸提供2-碳單元）水平。同樣，脂質組學分析發現經ACCi處理后的T細胞中總脂質含量顯著降低，敲除ACC1后也觀察到同樣的現象，這表明ACC活性決定了CD8⁺T細胞的脂肪生成。

圖2. ACC決定了T細胞的脂質組成

ACC抑制重新連接CD8⁺T細胞代謝

通過代謝組學檢測分析ACCi處理和未處理的T細胞的代謝差異，共計鑒定得到69種差異代謝物，短鏈、中鏈和長鏈脂肪酸的線粒體β氧化是最顯著富集的途徑之一。與對照組相比，ACCi處理后的ATP、乙酰CoA以及TCA中間產物水平均增加，表明抑制ACC后T細胞開始依賴FAO進行能量供給。

使用Seahorse生物分析儀進行的線粒體壓力測試，發現在ACC抑制條件下T細胞的備用呼吸能力（SRC，T細胞具有FAO依賴性的一個標志）加強，表明ACC限制了CD8⁺T細胞中線粒體的生物能量儲備能力。

基于GC-MS平臺的靶向游離脂肪酸分析結果提示，經ACCi處理的T細胞含有的飽和脂肪酸明顯減少，單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸水平增加，表明ACCi處理后的T細胞能夠更加高效地進行FAO，使細胞中脂滴減少。

圖3. ACC抑制重新連接CD8⁺T細胞的代謝

ACC限制了營養應激中T細胞的能量合成

通過實驗模擬TME的營養應激條件發現，ACC的活性增強導致了T細胞中線粒體ATP合成受損。使用ACCi處理細胞減少ACC的活性，減少了營養脅迫中的脂滴積累，促進了線粒體FAO，并提高了ATP合成水平。這些數據表明ACC限制了營養脅迫中的T細胞生物能量學，抑制ACC有益于改善暴露于TME環境的T細胞中ATP的合成。

圖4. ACC在營養應激下限制了T細胞的能量合成

ACCi促進T細胞對腫瘤的免疫力

轉錄組測序和基因集變異分析表明，ACCi處理的T細胞中與T細胞記憶和干細胞特性相關的基因表達顯著增加。此外，通過流式細胞術還發現在ACCi存在下增殖的CD8⁺T細胞表現出大量的表型重塑。通過透射電子顯微鏡觀察到ACC抑制促進了線粒體健康和ER-線粒體串擾，表明T細胞中的ACC活性改變了細胞器形態。

在體內實驗中，ACC抑制改善了黑色素瘤小鼠T細胞腫瘤的控制，并顯著延長了生存時間，使活性T細胞在腫瘤中的積累和多功能細胞因子的合成增加。進一步評估了ACCi對人類T細胞的影響，發現ACCi能夠減少終末分化的效應記憶T細胞和比例，同時增加中央記憶T細胞，這表明抑制ACC進行代謝重構可以來增強人類T細胞的抗腫瘤免疫反應，是改善癌癥患者細胞療法的潛在策略。

圖5. ACCi促進T細胞對腫瘤的免疫

研究結論

本研究通過聯合應用代謝組學、脂質組學、蛋白質組學、轉錄組測序和共聚焦成像等策略，探討了在腫瘤微環境中，腫瘤浸潤性T細胞的代謝狀態如何受到影響。最終發現，乙酰輔酶A羧化酶（ACC）的上調使T細胞中出現脂質積累，T細胞的代謝損傷進而影響了其抗腫瘤功能，而抑制ACC則能通過促進線粒體脂肪酸氧化、增加能量供應以增強T細胞對腫瘤的殺傷能力，表明抑制ACC的活性和表達是一種潛在的腫瘤免疫治療策略。

參考文獻

Hunt EG, Hurst KE, Riesenberg BP, et al. Acetyl-CoA carboxylase obstructs CD8⁺ T cell lipid utilization in the tumor microenvironment. Cell Metabolism. 2024.

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