年2月匹兹堡大学免疫学系学者GregM.Delgoffe于Nature发表文章Metabolicsupportoftumour-infiltratingregulatoryTcellsbylacticacid，其研究发现Treg细胞摄入乳酸在肿瘤内是必需的，从而导致肿瘤生长减慢和对免疫疗法的反应增加。因此，Teg细胞具有新陈代谢的灵活性：它们可以在TME中使用其他代谢物来维持其抑制性。
肿瘤细胞中新陈代谢的增强与效应T细胞功能的降低相关，研究人员试图确定肿瘤新陈代谢与Treg细胞功能之间的关系。研究人员测量T的抑制活性REG从分离的细胞的Foxp3报告小鼠增加糖酵解能力的轴承肿瘤，揭示通过用肿瘤内T的抑制功能相关的肿瘤细胞糖酵解REG细胞（图1A）。正如预期的那样，Treg细胞在肿瘤内富集（图1b）并没有代谢抑制，但活跃地增殖（图1c）。定肿瘤糖酵解和T的函数之间的这种关系REG细胞，研究人员确定T的糖酵解容量REG细胞直接离体和激活一个出现在T细胞中的T细胞抗原受体（TCR）的下游重新编程事件之后立即。与未处理过的或经历过抗原的常规T细胞相比，TCR触发在Treg细胞中诱导的糖酵解较少（图1d）。这种对糖酵解的抵抗力在强烈的激活刺激下持续存在（抗CD3或抗CD28抗体加白介素（IL）-2达48小时），而源自肿瘤的Treg细胞的糖酵解活性甚至更低。用寡霉素治疗表明，即使氧化代谢受到抑制，Treg细胞也能抵抗糖酵解，这表明葡萄糖转运可能在Treg细胞中受到限制。实际上，与常规T细胞相比，Treg细胞显示出荧光葡萄糖示踪剂2NBDG的摄取显着降低（T转化；CD4+Foxp3–）细胞离体（图1e），而与CD44/CD62L表达无关（值得注意的是，在CD62Lhi群体之间观察到最大的差异）。要直接被T比较葡萄糖的活化诱导摄取REG和TCONV细胞，研究人员继转移congenically标记的OT-IICD4+从T细胞的Foxp3RFP小鼠成牛痘OVA感染的宿主。OT-IITreg细胞比Foxp3吸收的2NBDG少得多–尽管共享相同的TCR并经历了强大的激活（图1f）。尽管未在OT-IITCR上进行选择，但是如果表达Foxp3，则在相同的炎症环境下体内相同抗原的激活会导致不同的代谢表型。
为了确定低糖摄取是否是Treg细胞的通用表型，研究人员调查了正常和炎症状态下各种组织的浸润情况。2NBDG不仅与Foxp3驱动的Cre系中使用的*色和绿色荧光蛋白（YFP和GFP）不兼容，而且在某些细胞中作为葡萄糖示踪剂的用途也可能有限。因此，研究人员合成了一种新的荧光葡萄糖示踪剂（Cy5连接的1-氨基葡萄糖（GlucoseCy5）），用2NBDG概括了研究人员的发现，同时证明了其优越的特异性和敏感性。研究人员发现，Treg细胞对葡萄糖的吸收在组织中非常异质。Foxp3YFP-iCre小鼠，但在B16肿瘤和咪喹莫特发炎的皮肤中明显较低（图1g），表明炎症可能会促使Treg细胞摄取较低的葡萄糖。来自相同环境的常规T细胞在葡萄糖亲合力上的异质性要低得多。
图1：在正常组织和转化组织中，调节性T细胞与常规T细胞具有不同的代谢特性。
Treg细胞可以代谢乳酸
乳酸在TME高度富集（图3A），并已知是免疫抑制，而且，事实上，它抑制了常规T细胞的体外。相反，抑制功能和Treg细胞的增殖均对肿瘤当量浓度的乳酸有抵抗力。乳酸可以通过G蛋白偶联受体GPR81刺激细胞，并输入作为经由MCT1代谢物，所以，通过细胞内测量的变化的pH，研究人员调查T是否REG细胞可能消耗乳酸。将来自Foxp3YFP-cre报告基因小鼠的淋巴细胞加载细胞内pH指示剂染料，并与乳酸孵育。Treg细胞吸收了乳酸，但Tconv细胞却没有吸收乳酸，如荧光增强所示（图3b）。该测定也表明乳酸的该吸收是多相之间的各种组织来源的Treg细胞，类似于葡萄糖摄取，并且是特别低的组织在其中Treg细胞葡萄糖热中，如肝（图1g）。确实，大多数染料阳性的Treg细胞不摄取葡萄糖。在自身免疫性NOD小鼠中，胰岛Treg细胞吸收的乳酸比ndLN或胰腺淋巴结吸收的乳酸少（图3d）。来自淋巴结的染料阳性Treg细胞以及B16肿瘤浸润的Treg细胞显示出CD44和Nrp1表达增加，同时保持与染料阴性细胞相似的Foxp3表达（图3e）。因此，Treg细胞不仅对乳酸有抗性，而且还可以吸收这种代谢产物，而那些确实表现出活化Treg细胞特征和低葡萄糖摄取的代谢产物。
为了确定Treg细胞如何使用乳酸，研究人员对活化的Treg和用[U13C]1-乳酸（pH6.9）脉冲的Tconv细胞进行了高分辨率质谱分析（图3f）。研究人员使用了淋巴结来源的Treg细胞（确实吸收乳酸）（图3b）来促进质谱分析所需的细胞输入，证实了Treg细胞比T转化细胞吸收了更多的乳酸（图3g）。Treg细胞转化了13C-乳酸进入丙酮酸，随后进入柠檬酸和苹果酸，表明线粒体的导入和进入三羧酸（TCA）循环（图3g）。进一步的分析表明，Treg细胞还将乳酸来源的碳掺入磷酸烯醇丙酮酸（PEPK）中，而苹果酸则在苹果酸离开线粒体并转化为草酰乙酸时形成（图3h）。PEP可促进增殖所必需的上游糖酵解中间体，这表明乳酸可作为糖原异生的燃料来源，从而降低Treg细胞对葡萄糖的需求。由于高葡萄糖可以抑制Treg细胞的抑制功能（图2g），研究人员调查了乳酸是否可以减轻葡萄糖的有害作用。实际上，在高葡萄糖加上肿瘤当量浓度的乳酸中调节Treg细胞可以维持抑制功能（图3i）。
然后，研究人员使用了PEPCK抑制剂3-巯基亚油酸（3MP），研究了依赖于乳酸衍生的PEP的上游糖原异生反应对乳酸吸收和氧化的贡献。用3MP处理13个C-乳酸脉冲Treg细胞可减少PEP的积累，而不会影响其掺入TCA周期（图3j）。用3MP对乳酸中的Treg细胞进行体外处理可显着降低其增殖。但是，3MP不会影响Treg细胞的体外抑制能力。用3MP处理荷瘤小鼠可减少肿瘤内Treg细胞（而非淋巴结Treg细胞）的增殖，并增加肿瘤内CD8+T细胞产生的干扰素（IFN）-γ（图3k，1）。但是，离体研究时，它并未明显影响Foxp3+细胞的肿瘤内百分比，Tconv或CD8+细胞与Treg细胞的比率，明显的肿瘤生长或抑制功能。因此，Treg细胞不仅利用乳酸来补充TCA周期，而且还产生PEP，这对于促进Treg的增殖至关重要肿瘤内的细胞。
图2：葡萄糖亲和力与Treg细胞功能降低有关。
乳酸支持肿瘤内Treg细胞
为了确定体内Treg细胞使用乳酸的重要性，研究人员产生了MCT1（Slc16a1f/fFoxp3cre）的组成性，Treg特异性缺失。qPCR证实了Slc16a1的缺失，通过上调Slc16a7/MCT2或Slc16a3/MCT4缺乏补偿，并且在CD4+Foxp3–细胞中没有缺失。如所预期的，Slc16a1的缺失导致乳酸摄取的损失（图4a）。这些小鼠没有显示任何明显的自身免疫或淋巴增生迹象。相反，离体测定时，来自Slc16a1f/fFoxp3YFPcre小鼠淋巴结的Treg细胞显示出与野生型小鼠相似的抑制能力，增殖和Treg签名基因的表达。Treg细胞中的MCT1缺乏表明，浸润到各种组织中的Foxp3+细胞的百分比没有显着差异，尽管在稳定状态下几个隔室显示出葡萄糖摄取增加。咪喹莫特治疗不会导致发炎的耳朵厚度增加，也不会降低TregSlc16a1f/fFoxp3cre小鼠中的细胞标记物。研究人员还确定了转移性结肠炎中MCT1缺陷型Treg细胞的长期功能和稳定性。与2NBDGhiTreg细胞不同，缺乏MCT1的Treg细胞未显示出降低的稳定性。然而，它们并没有完全发挥功能：在七周时，接受MCT1缺陷的Treg细胞的小鼠比未接受2NBDGhiTreg细胞的小鼠具有更严重的组织学严重结肠炎。因此，MCT1缺乏对于Treg细胞的存活和功能似乎是必不可少的，尽管在高度发炎的条件下它们可能具有降低的活性。
图3：Treg细胞代谢乳酸以支持其增殖和抑制功能。
但是，研究人员认为，在富含乳酸的肿瘤组织中，MCT1介导的乳酸摄取最为重要。用B16黑色素瘤接种Slc16a1f/fFoxp3cre小鼠会导致肿瘤生长减慢和生存期延长（图4b）。当两种基因型都携带相似大小的肿瘤时，对浸润进行表征（第14天），尽管Slc16a1f/fFoxp3cre小鼠中的CD8+T细胞表现出较高水平的共抑制标志物PD-1和Tim-3，表明终末分化（图4c），CD8+和TCONV细胞具有更高的增殖能力并能够产生IFNγ，表明MCT1缺陷型Treg细胞的抑制功能降低（图4d，e）。实际上，肿瘤内MCT1缺陷型Treg细胞离体的抑制功能降低（图4f），并且增殖较少，类似于来自3MP处理小鼠的肿瘤内Treg细胞（图3k，4g）。对3MP处理的Slc16a1f/fFoxp3cre小鼠的分析表明，3MP对Treg细胞的作用是通过MCT1介导的。肿瘤内MCT1缺陷型T的表征reg细胞显示CD44和Nrp1的染色减少，而PD-1染色升高，这可能表明Treg细胞功能异常（图4h）。代谢上，缺乏MCT1的，肿瘤驻留的Treg细胞通过变得葡萄糖旺盛而得到补偿（图4i）。结果，研究人员发现，通过吡莫尼唑染色可知，缺乏MCT1的Treg细胞将不再存在于富含乳酸的低氧区域中，尽管总体肿瘤缺氧情况仍然相似（图4j）。
为了消除删除MCT1对Treg细胞发育的任何不可预见的影响，研究人员在注射B16黑色素瘤细胞之前，通过使用他莫昔芬诱导的Treg特异性模型（Slc16a1f/fFoxp3cre.ERT2）中断了MCT1的表达，发现类似于非诱导模型的免疫学和生存结果，包括发展“脆弱的”Treg表型，其中Foxp3+细胞开始表达IFNγ。Treg细胞中MCT1的诱导缺失也减慢了MC38腺癌和头颈鳞状细胞癌（HNSCC）MEER的生长（图4k）。因此，研究人员认为，Treg细胞中乳酸摄取的损失产生了有利于免疫疗法的环境。在与抗PD-1治疗协同作用的Treg细胞中触发MCT1的缺失，导致37.5％的B16荷瘤小鼠（通常对抗PD-1治疗不敏感）导致肿瘤完全消退（图4l）。使用Slc16a1f/fCd4cre小鼠从T转化细胞中删除MCT1不会影响其产生IL-2和IFNγ的能力，这表明T细胞功能通常不需要MCT1。因此，MCT1的表达和随之而来的乳酸的摄取对于大多数组织来源的Treg细胞都是必不可少的，但需要在TME中保持其高抑制活性。
Treg细胞对葡萄糖的消耗在组织之间（图1g）和Treg种群内（图2a）当然是异质的。但是，葡萄糖的摄取表现出抑制性Treg的特征细胞，或至少是那些通过体外不起作用的机制被抑制的细胞（图2a，c）。值得注意的是，消耗少量葡萄糖的Treg细胞仍表达糖酵解途径的基因（图2h）。由于糖酵解中的大多数反应都是可逆的，因此Treg细胞可能会从碳源（如乳酸）构建更高阶的中间体（图3）。
乳酸通常被认为是糖酵解代谢的废物，但是它代表了细胞功能的重要代谢产物和组织的可能燃料来源。研究人员的数据表明，Treg细胞不需要乳酸就能生存，但具有利用这种碳源的代谢灵活性，既可以用作燃料，又可以保护其高抑制能力免受葡萄糖的负面影响（图3i）。因此，Treg细胞不能摄取大量既乳酸和葡萄糖。因此，研究人员建议存在一个葡萄糖-乳酸轴，以根据营养状况来微调Treg细胞的功能（图2g，3i）。乳酸不仅推动了TCA循环，而且还从线粒体中输出，从而通过PEP促进了更高的糖酵解途径。乳酸代谢的这种糖异生成分支持Treg细胞的增殖，这在不容易吸收葡萄糖的细胞类型中至关重要。但是，不依赖PEPCK的乳酸代谢的贡献似乎也处于抑制Treg细胞的水平（图4f），这表明乳酸在Treg细胞的生物学中具有多方面的作用。
图4：肿瘤浸润性Treg细胞需要摄取乳酸才能维持其高抑制功能。
调节性T细胞不可能在肿瘤中生长。相反，癌症利用这种偏爱寻找替代性底物来维持免疫抑制环境。乳酸不仅富集于肿瘤，而且在升高免疫学上不同的组织环境中，如肌肉，脂肪组织和神经系统。研究人员还怀疑乳酸是Treg细胞可以使用的许多其他代谢产物之一。MCT1本身也可以运输乙酸盐，琥珀酸盐，丙酸盐和丁酸盐，其中已显示出具有T中的角色REG细胞。确实，研究人员使用转移性结肠炎的发现表明MCT1缺乏症可能会影响肠道Treg细胞的功能。但是，值得注意的是，研究人员在Slc16a1f/fFoxp3cre小鼠的稳态下未观察到明显的肠道炎症，这表明炎症和MCT1底物的可用性均在该环境中维持Treg细胞的作用。
由于Treg细胞在免疫活性最低时必须处于活动状态，因此它们在代谢上与常规对应物“不同步”。这需要使用组织环境中普遍使用的燃料来维持其常规T细胞靶标可能竞争营养的抑制器功能。由于乳酸可以促进其他耐受性细胞类型（例如与肿瘤相关的巨噬细胞的抑制功能，共享乳酸代谢的细胞类型可以共享抑制活性。尽管这在肿瘤微环境中得到利用，导致抑制性细胞壮成长，但它是可行的：Treg乳酸转运蛋白的特异性缺失不仅导致肿瘤生长减少，而且与检查站封锁免疫疗法协同作用。抑制MCT1以直接靶向乳酸代谢或抑制肿瘤酸度可能会破坏这种代谢共生关系，并降低癌症免疫力的Treg障碍。
原文链接：