研究背景
在營養(yǎng)物質(zhì)匱乏的腫瘤微環(huán)境（TME）中，腫瘤細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞會競爭性攝取有限的營養(yǎng)物質(zhì)，最終導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞功能出現(xiàn)障礙。已有研究表明，TME中的細(xì)胞代謝與脂肪酸氧化（FAO）有關(guān)，但在TME中CD8+T細(xì)胞的脂質(zhì)代謝是如何受到調(diào)控以及如何通過脂質(zhì)代謝調(diào)控CD8+T細(xì)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(xué)教堂山分校Lineberger綜合癌癥中心的Jessica E. Thaxton教授研究團(tuán)隊在Cell Metabolism雜志上發(fā)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(dá)可促進(jìn)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(xì)胞在TME中的生存能力和抗癌效果。
技術(shù)路線圖
研究結(jié)果
功能失調(diào)的CD8+TIL中存在脂質(zhì)累積
從纖維肉瘤中分離出的CD8+腫瘤浸潤性T細(xì)胞（TILs）和自體脾臟CD8+T細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組測序和脂質(zhì)組學(xué)分析結(jié)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(xì)胞儀結(jié)果表明，與正常組織相比，腫瘤組織中的T細(xì)胞群中脂質(zhì)積累顯著，并得到了來自結(jié)腸腺癌和黑色素瘤小鼠脾臟分離的TILs樣本的驗(yàn)證。
隨后開展體外驗(yàn)證試驗(yàn)，將腫瘤細(xì)胞和T細(xì)胞分上下兩個腔室共培養(yǎng)，與對照組相比，無營養(yǎng)供應(yīng)、缺氧和持續(xù)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(zhì)異常積累的現(xiàn)象，這與功能失調(diào)的T細(xì)胞狀態(tài)有關(guān)。
圖1. 功能失調(diào)的CD8+TIL存在脂質(zhì)累積
ACC決定CD8+T細(xì)胞的脂質(zhì)組成
轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果提示脂質(zhì)合成相關(guān)蛋白ACC1的表達(dá)在CD8+TIL和脾細(xì)胞中存在顯著差異，PCR結(jié)果也同樣證實(shí)了CD8+TIL比外周CD8+T細(xì)胞中的ACC1表達(dá)更高，表明ACC1在TILs的脂質(zhì)儲存中具有關(guān)鍵影響。
用ND-646（ACCi，ACC1抑制劑）處理可顯著降低T細(xì)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(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)ACCi處理后的T細(xì)胞中總脂質(zhì)含量顯著降低，敲除ACC1后也觀察到同樣的現(xiàn)象，這表明ACC活性決定了CD8+T細(xì)胞的脂肪生成。
圖2. ACC決定了T細(xì)胞的脂質(zhì)組成
ACC抑制重新連接CD8+T細(xì)胞代謝
通過代謝組學(xué)檢測分析ACCi處理和未處理的T細(xì)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(chǎn)物水平均增加，表明抑制ACC后T細(xì)胞開始依賴FAO進(jìn)行能量供給。
使用Seahorse生物分析儀進(jìn)行的線粒體壓力測試，發(fā)現(xiàn)在ACC抑制條件下T細(xì)胞的備用呼吸能力（SRC，T細(xì)胞具有FAO依賴性的一個標(biāo)志）加強(qiáng)，表明ACC限制了CD8+T細(xì)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(jié)果提示，經(jīng)ACCi處理的T細(xì)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(xì)胞能夠更加高效地進(jìn)行FAO，使細(xì)胞中脂滴減少。
圖3. ACC抑制重新連接CD8+T細(xì)胞的代謝
ACC限制了營養(yǎng)應(yīng)激中T細(xì)胞的能量合成
通過實(shí)驗(yàn)?zāi)MTME的營養(yǎng)應(yīng)激條件發(fā)現(xiàn)，ACC的活性增強(qiáng)導(dǎo)致了T細(xì)胞中線粒體ATP合成受損。使用ACCi處理細(xì)胞減少ACC的活性，減少了營養(yǎng)脅迫中的脂滴積累，促進(jìn)了線粒體FAO，并提高了ATP合成水平。這些數(shù)據(jù)表明ACC限制了營養(yǎng)脅迫中的T細(xì)胞生物能量學(xué)，抑制ACC有益于改善暴露于TME環(huán)境的T細(xì)胞中ATP的合成。
圖4. ACC在營養(yǎng)應(yīng)激下限制了T細(xì)胞的能量合成
ACCi促進(jìn)T細(xì)胞對腫瘤的免疫力
轉(zhuǎn)錄組測序和基因集變異分析表明，ACCi處理的T細(xì)胞中與T細(xì)胞記憶和干細(xì)胞特性相關(guān)的基因表達(dá)顯著增加。此外，通過流式細(xì)胞術(shù)還發(fā)現(xiàn)在ACCi存在下增殖的CD8+T細(xì)胞表現(xiàn)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(jìn)了線粒體健康和ER-線粒體串?dāng)_，表明T細(xì)胞中的ACC活性改變了細(xì)胞器形態(tài)。
在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，ACC抑制改善了黑色素瘤小鼠T細(xì)胞腫瘤的控制，并顯著延長了生存時間，使活性T細(xì)胞在腫瘤中的積累和多功能細(xì)胞因子的合成增加。進(jìn)一步評估了ACCi對人類T細(xì)胞的影響，發(fā)現(xiàn)ACCi能夠減少終末分化的效應(yīng)記憶T細(xì)胞和比例，同時增加中央記憶T細(xì)胞，這表明抑制ACC進(jìn)行代謝重構(gòu)可以來增強(qiáng)人類T細(xì)胞的抗腫瘤免疫反應(yīng)，是改善癌癥患者細(xì)胞療法的潛在策略。
圖5. ACCi促進(jìn)T細(xì)胞對腫瘤的免疫
研究結(jié)論
本研究通過聯(lián)合應(yīng)用代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組測序和共聚焦成像等策略，探討了在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤浸潤性T細(xì)胞的代謝狀態(tài)如何受到影響。最終發(fā)現(xiàn)，乙酰輔酶A羧化酶（ACC）的上調(diào)使T細(xì)胞中出現(xiàn)脂質(zhì)積累，T細(xì)胞的代謝損傷進(jìn)而影響了其抗腫瘤功能，而抑制ACC則能通過促進(jìn)線粒體脂肪酸氧化、增加能量供應(yīng)以增強(qiáng)T細(xì)胞對腫瘤的殺傷能力，表明抑制ACC的活性和表達(dá)是一種潛在的腫瘤免疫治療策略。
參考文獻(xiàn)
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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