编译：微科盟胜寒，编辑：微科盟Tracy、江舜尧。
导读 肿瘤-免疫循环(CIC)包括一系列控制肿瘤生长所需的免疫介导事件：1、死亡的肿瘤细胞释放出抗原；2、抗原与APC（抗原呈递细胞，树突细胞DC是专职抗原呈递细胞）表面的MHC复合物形成抗原肽-MHC复合物；3、TCR识别APC表面的抗原肽-MHC复合物以及APC表面的B7分子与T细胞表面的二聚体分子CD28之间的结合是激活T细胞的双信号（双信号系统调控可回顾免疫反应及肿瘤免疫治疗）；4、细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）通过血液循环运输至肿瘤组织；5、CTLs进入肿瘤组织；6、CTLs识别肿瘤细胞；7、CTLs通过免疫作用杀死肿瘤细胞。研究者在每一个步骤可以通过加强正调节信号或抑制负调节信号而激活整个免疫循环，达到治疗目的，而阻断CIC的一个或多个步骤可以使肿瘤逃避免疫监视。然而，通过重新激活CIC来恢复抗肿瘤免疫的尝试迄今为止收效有限。最近，许多研究表明肿瘤微环境 (TME) 内肿瘤和免疫细胞的代谢重编程是免疫逃避的关键因素。在本文中，作者提出肿瘤发生过程中细胞代谢的改变促进了CIC的启动和破坏。作者还描述了代谢靶向TME的基本原理，这可能有助于提高肿瘤对嵌合抗原受体 (CAR) 转导的T细胞或免疫检查点阻断 (ICB) 疗法的反应性。
亮点： 1. 肿瘤糖酵解和乳酸产生的增强抑制了多种癌症亚型的抗肿瘤免疫。2. 线粒体功能丧失是CD8 T细胞衰竭的一个标志，可能是改善患者对CAR-T和/或ICB治疗反应的一个有前途的代谢靶点，有待未来的研究。3. IL4I1驱动的色氨酸分解代谢和芳香烃受体激活可能对ICB和/或IDO1抑制剂的产生抵抗。4. TME的代谢特征促进了癌症免疫循环的启动和破坏。因此，靶向TME的细胞代谢可能提高T细胞免疫治疗的反应性。原名：Metabolic regulation of the cancer-immunity cycle通讯作者：Santosha A. Vardhana
最佳的抗癌免疫反应需要一系列统称为CIC的循环。这个循环是由死亡的癌细胞释放癌症相关抗原(CAAs)开始的。在哺乳动物中，这些抗原被树突状细胞(DCs)捕获并加工，然后呈现给肿瘤引流淋巴结内的幼稚T细胞。活化的肿瘤抗原特异性CD8 T细胞动员并浸润肿瘤，它们通过识别与癌细胞表面MHCI类分子结合的同源肽抗原(pMHC)识别并消灭癌细胞。随后释放额外的CAAs启动新一轮CIC，并在随后的每一轮中放大免疫应答的幅度。干扰一个或多个CIC事件使肿瘤能够逃避免疫，这构成了癌症的标志。一般来说，肿瘤通过降低免疫原性或抑制肿瘤浸润T细胞的效应能力来干扰CIC。研究者通过合成CAR-转导T细胞或通过ICB恢复CD8 T细胞的效应能力来增加对肿瘤的免疫识别，旨在逆转这些适应机制的疗法，已经产生了具有里程碑意义的临床反应，在过去十年中彻底改变了癌症免疫治疗领域。然而，大多数患者的免疫治疗效果不佳，这表明肿瘤在多个点上中断了CIC。在这里，作者提出肿瘤代谢的改变是肿瘤免疫原性和免疫逃避的基本驱动因素，并讨论了靶向肿瘤代谢如何恢复功能性CIC和促进持久的抗肿瘤免疫。为了激活宿主免疫反应，肿瘤必须在激活DC功能和适当淋巴结启动的环境中产生和释放异常肽（图 1）。由于环境突变，如肺癌或黑素瘤，或内源性DNA修复途径的损伤，如错配修复(MMR)缺陷肿瘤，充分的肿瘤免疫原性需要高突变率。另外，我们认为代谢重组对肿瘤生长至关重要，这从根本上导致了肿瘤的免疫原性。在这里，我们描述了伴随转化的代谢改变如何成为组成CIC初始阶段元素的驱动因素。
图1 肿瘤免疫原性代谢调节模型:肿瘤细胞生长所需的致癌驱动的代谢重组可促进肿瘤免疫原性
致癌信号[例如，磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3-激酶(PI3K)和MYC途径]可以促进营养摄取，导致线粒体活性氧(ROS)和ROS介导的突变的产生增加。尿素循环酶和转运体的表达改变可导致尿素循环失调，促进氮向嘧啶合成的转移，导致嘌呤到嘧啶转化突变增加。这些代谢驱动的突变产生的肿瘤抗原可以激活抗肿瘤免疫反应。异常的肿瘤生长导致细胞死亡和肿瘤抗原的释放。此外，肿瘤微环境(TME)中的死亡细胞释放损伤相关分子模式(DAMPs)，增强树突状细胞(DC)介导的癌症抗原捕获和呈递到肿瘤抗原特异性CD8 T细胞，以及启动和激活这些T细胞。例如DAMP,ATP，可刺激人类和小鼠DCs的抗肿瘤功能。然而，由分化的外核苷酸酶簇39和73（CD39和CD73）介导的ATP 顺序分解代谢可能导致ADO 的产生，ADO可以通过腺苷A2a受体（A2A）和腺苷A2b受体（A2B）在人和小鼠中介导的信号传导抑制DC功能。正如在乳腺癌小鼠模型中所证明的那样，某些癌细胞分泌的代谢来源的乳酸还可以通过激活G 蛋白偶联受体81 (GPR81) 来阻碍DC功能。实线箭头表示代谢反应、代谢物摄取和分泌以及细胞表型的调节。虚线箭头表示信号或突变相关事件。致癌突变分子被红色阴影包围。驱动癌细胞生长的致癌途径的激活如何促进免疫原性?现在已经确定，肿瘤发生的标志是癌细胞利用不依赖生长因子的营养超过了其对ATP的利用。事实上，高葡萄糖摄取率是基于18-氟脱氧葡萄糖(FDG)摄取的肿瘤正电子发射断层扫描(PET)成像的基础。肿瘤发生过程中营养摄取的增加不仅仅局限于葡萄糖，例如，大多数肿瘤谷氨酰胺摄取率较高。生长因子的营养摄取通常由磷酸肌醇-3激酶(PI3K)和MYC通路致癌激活所驱动，这是人类癌症中最常见的改变途径之一。营养摄取的增加如何导致突变?癌基因驱动的营养摄取导致线粒体活性氧(ROS)的积累，这与染色质重塑结合，可导致突变率的增加（图1）。因此，无法中和癌基因依赖的ROS导致细胞衰老的激活和炎症因子的分泌，从而启动免疫应答。这得到了多项研究的支持，包括体外模型中致癌MYC 和RAS 变异在正常人成纤维细胞中的过表达诱导ROS 依赖性细胞衰老，以及在小鼠和急性髓性白血病、慢性粒单核细胞白血病和幼年型粒单核细胞白血病患者的骨髓细胞中的离体数据显示致癌KRAS 诱导的ROS 可以增加IL 的分泌-1β。相比之下，通过促进Kelch 样ECH相关蛋白1(KEAP1) 失活或核因子红细胞2相关因子2(NRF2) 稳定的突变来稳定肿瘤内在抗氧化程序，可以使肿瘤对ICB不敏感，这在使用抗程序性细胞死亡配体1 (PD-L1) 单克隆抗体atezolizumab 治疗的非小细胞肺癌(NSCLC) 患者的转录组数据分析中得到了证实。因此，升高的致癌基因驱动的营养摄取可以通过增加某些癌症中细胞内ROS 的积累来促进诱变，从而促进免疫原性。此外，尿素循环失调(UCD) 经常由致癌MYC 激活驱动，它可以通过激活氨基甲酰磷酸合成酶2、天冬氨酸转氨甲酰酶和二氢尿酸盐酶(CAD) 来促进氮转化为嘧啶合成，以支持细胞增殖速度的增加，正如对来自患者的某些肿瘤中尿素循环酶表达的TCGA 分析所揭示的那样。在该分析中，增加的嘧啶合成增加了嘧啶与嘌呤的比率，导致富含嘧啶的颠换突变偏向（PTMB；即增加的嘌呤到嘧啶颠换突变）和相对于非UCD 癌细胞的疏水性肿瘤抗原数量增加。黑色素瘤患者的转录组学分析表明，尽管没有增加整体肿瘤突变负荷，但疏水性肿瘤抗原的增加与ICB 背景下免疫原性的增加有关。总的来说，这些发现表明，癌细胞为支持生长而诱导的代谢改变，如营养吸收诱导的ROS和UCD，可诱发突变并进一步驱动某些肿瘤增加其免疫原性(图1)。如果以致瘤细胞生长为特征的代谢重组能促进免疫原性，那么可以预期促生长癌基因也会激活免疫逃避策略。对编码PD-L1的CD274位点的分析，支持这一假设:PD-L1是在哺乳动物肿瘤细胞上表达的最典型的免疫检查点，针对PD-L1驱动的程序性细胞死亡1(PD-1)信号已经在多种恶性肿瘤中取得了显著的临床疗效，包括黑色素瘤、NSCLC、霍奇金病和高微卫星不稳定性(MSI-h)肿瘤及其他。PD-L1的表达通常是由免疫反应中局部干扰素γ(IFN-γ)的产生引起的，这导致哺乳动物细胞中Janus激酶(JAK)/信号传感器和转录激活因子1(STAT1)依赖的PD-L1转录激活。激活生长因子信号通路包括表皮生长因子受体(EGFR)、KRAS和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)可在转录和转录后水平诱导PD-L1表达。MYC癌基因通过直接结合PD-L1激活PD-L1表达，而肿瘤抑制因子(磷酸酶和紧张素同源物)PTEN的缺失导致PI3K依赖性的PD-L1转录和翻译的增加。最后，Hippo通路效应体Yes相关蛋白(YAP)和带有pdz结合基序的转录共激活因子(TAZ)激活TEA结构域转录因子1(TEAD)结合并激活PD-L1增强子。因此，PD-L1表达的致癌激活是一个例子，说明癌基因依赖的生长可能需要同时激活免疫逃避策略，以避免伴随的肿瘤免疫原性。
图2 程序性细胞死亡1配体1(PD-L1)表达的代谢调节模型
(A)癌细胞的致癌信号和下游代谢重编程可触发免疫逃避机制，如诱导PD-L1表达。受体酪氨酸激酶(RTKs)下游的致癌信号，如表皮生长因子受体(EGFR)，通过多种途径触发PD-L1mRNA和蛋白的表达。EGFR通过驱动beta-1,3-n -乙酰氨基葡萄糖转移酶3(B3GNT3)介导的PD-L1糖基化来阻止PD-L1降解，从而稳定PD-L1和PD-L1/PD-1相互作用。核因子(NF)-κB通路和Hippo通路效应体(YAP/TAZ)的激活可诱导PD-L1转录，而RAS、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3-激酶/AKT丝氨酸/苏氨酸激酶(PI3K/AKT)通路通过转录和转录后机制诱导PD-L1表达。MAPK通过抑制三乙酰四羟脯氨酸(TTP)来稳定PD-L1mRNA，而三乙酰三羟脯氨酸通过与3-非翻译区(UTR)的富AU元件结合来促进PD-L1mRNA的降解。MYC通过直接结合PD-L1介导人及小鼠肺癌和结肠癌细胞中的PD-L1转录。(B)致癌信号，如MYC和PI3K/AKT通路介导的代谢活性增强，可增加线粒体活性氧(ROS)的产生，并可能通过激活ROS敏感转录因子(TFs)导致PD-L1转录。ROS分别抑制HIF-1/2α和NRF2的抑制因子，即VHL和KEAP1，触发这些转录因子的稳定和核易位。抑制VHL/HIF-1/2α和KEAP1/NRF2相互作用的突变也促进HIF-1/2α和NRF2的转录活性。实箭头表示代谢反应、代谢物摄取、mRNA核输出、蛋白翻译和转位。虚线箭头表示信令事件。致癌突变蛋白被红色阴影包围。进一步的证据表明，PD-L1的表达不仅被致癌生长程序激活，还被可能促进免疫原性的致癌生长的下游通路激活(图2)。例如，如前所述，高代谢活性触发ROS的产生，可以激活老鼠和人类细胞NRF2(也称为NFE2L2)和低氧诱导因子(HIF-α)通路(图2)。暴露于窄带紫外线B的人类原代黑素细胞的染色质免疫沉淀分析表明，NRF2可以通过与PD-L1 调节区中的增强子直接结合来激活PD-L1 表达。稳定NRF2 或使其阻遏物KEAP1 失活的突变可促进NRF2 的转录活性，正如在NSCLC 体内小鼠模型以及患者原发性肿瘤中的研究所证明的那样。CUL3-KEAP1复合物的扰动（例如，KEAP1中的失活突变）增加了NRF2 的蛋白质稳定性和NRF2 介导的白血病细胞系中PD-L1 的转录。在小鼠成纤维细胞中，由突变体KrasG12D、BrafV619E和MycERT2 介导的致癌信号也诱导Nrf2 转录并增加其转录活性，表明PD-L1 表达的致癌激活是通过NRF2 激活发生的。除了NRF2外，HIF-1/2α通路还可以通过与PD-L1近端启动子中的一个缺氧反应元件结合来促进PD-L1在人类和小鼠各种癌症细胞系中的表达，包括肾细胞癌。HIF-α亚基抑制因子VHL肿瘤抑制基因(vonHippel-Lindau，VHL)功能的失活突变可促进HIF-2α介导的PD-L1在人肾细胞癌细胞系中的表达。在EML4-ALK信号等致癌信号的驱动下，HIFα亚基的稳定也可以诱导PD-L1mRNA和蛋白在人肺腺癌细胞中的表达。ROS响应转录因子(TFs)与PD-L1启动子结合以响应致癌途径的激活，这进一步证明了致癌基因驱动的ROS促进免疫原性的作用。重要的是，PD-L1并不是唯一对致癌激活作出反应的免疫调节轴。色氨酸(Trp)分解代谢酶(TCE)吲哚胺2,3-双加氧酶1(IDO1)，已知可被IFN-γ信号激活，并通过耗尽细胞外Trp或Trp分解物与芳香烃受体(AHR)结合来驱动免疫抑制，也受癌基因驱动调控。在小鼠和人成纤维细胞以及人结肠腺癌肿瘤和细胞系中进行的实验表明，MYC的激活增加了Trp分解代谢以及AHR的表达和激活。此外，在小鼠和人乳腺癌细胞系中，ROS可以直接促进AHR激活，又可以通过与NFE2L2位点的应答元件结合进一步促进NRF2的激活，从而促进致癌和ROS驱动的PD-L1表达。此外，AHR信号可以直接诱导PD-L1在人胶质母细胞瘤和肝癌细胞株中表达，以及代谢免疫检查点IDO1、色氨酸2,3-双加氧酶(tryptophan2,3-dioxygenase, TDO2)和白细胞介素4-诱导1(interleukin 4-induced 1, IL4I1)的表达，这是激活AHR的主要TCEs。总的来说，这些发现表明，致癌激活，直接或通过增加ROS的产生，增强了免疫原性，因此，需要激活多个免疫抑制检查点来限制抗肿瘤免疫和维持肿瘤生长。致癌生长程序和致癌基因驱动的ROS在多大程度上协同维持PD-L1、IDO1和其他免疫检查点的活跃仍然是一个开放的研究领域。肿瘤发生的病理标志是破坏肿瘤生长器官的组织结构的生长。这种异常的生长模式导致细胞死亡和CAAs的释放，以及抗原提呈细胞(APC)的激活和抗原提呈到肿瘤抗原特异性T细胞的细胞内代谢物增多。许多这些代谢物，称为损伤相关分子模式(DAMP)，可激活Toll 样受体并动员先天免疫反应（图1）。TME中的凋亡细胞响应各种刺激释放DAMP和ATP。在小鼠模型中，垂死的纤维肉瘤细胞释放的ATP 通过激活P2Y2 嘌呤能受体促进DC 的募集。此外，通过使用小鼠遗传缺陷模型，ATP介导的DC 上 P2X7 嘌呤能受体的激活导致NLRP3炎症小体的激活和IL-1β 的分泌，支持在小鼠肉瘤模型中启动抗肿瘤CD8 T 细胞（图1）。虽然定义肿瘤发生的异常生长模式可能通过DAMP 的释放促进抗原捕获和APC 激活，但有证据表明肿瘤也通过抑制DAMP 的产生来对免疫反应作出反应。例如，由外核苷酸酶CD39（也称为外核苷酸三磷酸二磷酸水解酶1，ENTPD1）和CD73（也称为ecto-5-核苷酸酶，NT5E）介导的ATP 顺序分解代谢，由多种来源的人类或小鼠癌细胞表达或通过TME 中的基质细胞，以IFN-γ 依赖性方式，通过直接消耗ATP，或通过腺苷(ADO) 的产生和通过DC 上的嘌呤能受体A2B 来损害DC功能（图1）。A2B信号与DC 中的致耐受表型相关，其特征是免疫抑制因子的表达，例如代谢酶精氨酸酶2 (ARG2) 和IDO1。虽然已知缺氧可通过稳定HIF-1α 激活血管内皮生长因子(VEGF) 介导的人细胞血管生成，但IFN 响应性转录因子STAT3 也会激活VEGF 的产生。因此，我们推测肿瘤感知免疫反应的存在并激活血管生成以限制细胞死亡和免疫原性，然而，这一假设需要进一步研究。肿瘤免疫逃逸（Tumorimmune escape）最早起源于20世纪70年代的Burnet等人提出的免疫监视学说（Immunesurveillance theory），认为机体的免疫系统可以对“非己”的突变细胞发挥监视作用，并可通过细胞免疫机制特异性地清除，以保持机体内环境的稳定。然而当突变细胞在各种因素的作用下逃脱机体免疫系统的监视时，便可在体内迅速分裂增殖，加速肿瘤的恶化。肿瘤的免疫反应是肿瘤发生发展过程中的重要过程，脱离机体免疫的监控后肿瘤的恶行生物学行为将会进一步加快，从而促进肿瘤的增殖、侵袭和转移，因此了解肿瘤的免疫逃逸机制对于肿瘤的治疗尤其是免疫治疗具有重要作用。在多种人类和小鼠细胞类型的实验研究中研究者发现基质脱离(anoikis)和缺氧条件促进肿瘤生长的适应，那么如果以致癌细胞生长和增殖为特征的代谢重组促进了免疫原性，肿瘤细胞代谢的进一步改变是否可能促进免疫逃避？事实上，糖酵解率增加是在ICB 和过继性T 细胞治疗(ACT) 后进展的肿瘤最一致的代谢特征之一。通过这些机制，有氧糖酵解的增加可能会抑制肿瘤免疫原性。首先，如前所述，虽然致癌基因驱动的葡萄糖摄取和氧化可能会促进免疫原性，但从葡萄糖的线粒体氧化分解代谢到有氧糖酵解的转变可能会减少ROS 依赖性DNA诱变和下游线粒体DNA依赖性环状GMP-AMP合酶(cGAS) /干扰素基因(STING) 激活的刺激物，如暴露于DNA 损伤性刺激物的人类非癌性视网膜和乳腺上皮细胞所证明的那样。其次，糖酵解性肿瘤细胞(如人肝母细胞瘤细胞系HepG3)中乳酸产量的增加可以通过抑制视黄酸诱导基因I蛋白(RIG-I)依赖的I型IFN信号直接降低免疫原性。第三，糖酵解性肿瘤产生的乳酸可以通过调节肿瘤内APCs的抗原提呈能力来抑制肿瘤的免疫原性。事实上，在体外的人类和小鼠模型，以及在体内的小鼠模型中，表明肿瘤来源的乳酸可以干扰DC功能和细胞外抗原到CD8 T细胞的交叉递呈。最后，糖酵解速率的增加可能仅仅通过增加细胞周期进程的速率来抑制肿瘤抗原的合成，这可能会限制从头蛋白合成的持续时间和程度，包括潜在的免疫原性抗原。乳腺癌和结肠癌的临床前研究支持细胞周期进展和肿瘤免疫原性之间的关系，这些研究表明，周期素依赖激酶4/6选择性抑制剂(CDK4/6)可以通过增加癌细胞中的抗原呈递来促进抗肿瘤免疫。在机制上，CDK4/6抑制剂促进癌细胞内源性逆转录病毒基因的表达，导致III型IFNs的激活和抗原加工和提呈基因的诱导，包括小鼠和人类癌细胞中的主要组织相容性抗原I类(MHCI)和MHCII。MHC I类分子提呈功能的缺乏常常是导致肿瘤免疫逃逸的主要原因之一。肿瘤细胞中MHCI类分子的表达有不同程度的降低，且分化差的肿瘤细胞MHCI表达更弱，转移的肿瘤则最弱甚至消失。此外，大多实体瘤均不表达MHCⅡ类分子，因此不能有效激活T辅助细胞。CDK4/6抑制剂可以增强ICB和其他免疫疗法。综上所述，这些数据表明，有氧糖酵解的激活是抑制肿瘤抗原性和促进免疫逃避的一种有效机制。除肿瘤免疫原性外，成功的抗肿瘤免疫应答还需要CD4 特别是CD8 T细胞在肿瘤内具有足够的自我更新和效应能力。T细胞增殖和效应功能的代谢需求在其他地方已经被广泛讨论，我们在框1和图3中进行了总结，包括葡萄糖以及必需氨基酸和非必需氨基酸的利用(分别为EAAs和NEAAs)。保持足够的增殖能力最近被认为是ICB疗效的关键因素，最近来自淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)感染和黑色素瘤小鼠模型的数据表明，ICB可促进PD-1 CD8 肿瘤浸润T细胞群的增殖，这些T细胞表现出类似干细胞的特性，并被定义为CD8 枯竭T(Texh)祖细胞。在人类和小鼠中，CD8 T细胞亚群表达TFT细胞因子1(TCF-1)。因此，与肿瘤内TCF-1 PD-1 CD8 Texh细胞较少的患者相比，黑色素瘤患者肿瘤组织中较高的TCF-1 PD-1 CD8 Texh细胞数量与延长ICB反应有关。T细胞从其周围环境中吸收营养，为生物能量和生物合成需求提供燃料。葡萄糖是T细胞增殖和效应功能所需的主要营养素。 CD28和下游PI3K/AKT 信号的共同刺激介导了人和小鼠 T 细胞中激活诱导的葡萄糖摄取和代谢。在增殖的CD8 T细胞中，葡萄糖被纳入糖酵解途径，产生丙酮酸和丙酮酸衍生的乳酸或丙氨酸。磷酸戊糖途径和3-磷酸甘油酸衍生的丝氨酸有助于核苷酸生物合成。此外，葡萄糖分解代谢有助于核苷酸糖、UDP-葡萄糖 (UDP-Glc)和N-乙酰氨基葡萄糖(UDP-GlcNAc) 的合成。葡萄糖衍生的丙酮酸也在TCA循环中被氧化，以乙酰辅酶A或草酰乙酸的形式进入，有助于产生TCA循环中间体，例如柠檬酸盐和 TCA 衍生的氨基酸（例如天冬氨酸和谷氨酰胺，分别为脂质和核苷酸合成所需）。 氨基酸也有助于T细胞的增殖。NEAA谷氨酰胺是增殖细胞所需的主要营养素。部分活化诱导的T细胞代谢重编程涉及增加谷氨酰胺摄取的过程，并被进一步用于核苷酸、己糖胺（例如UDP-GlcNAc）和多胺生物合成，还涉及到了TCA循环中的氧化，而所有这些都与细胞增殖有关。MYC 依赖性基因转录可以驱动小鼠和人类CD4 和CD8 T细胞中谷氨酰胺以及葡萄糖的摄取和分解代谢。此外，另一种非必需氨基酸丝氨酸的摄取和代谢对于核苷酸生物合成和扩散至关重要。最后，T细胞生长和增殖也需要 EAA，例如精氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、缬氨酸和甲硫氨酸。 
图3 肿瘤微环境(TME)中抗肿瘤免疫代谢调节模型
在人类和小鼠中，葡萄糖、非必需氨基酸和必需氨基酸(NEAAs和EAAs)对抗肿瘤CD8 T细胞增殖、长期生存和肿瘤效应功能至关重要。这些营养物质的摄取和代谢在很大程度上是通过配体受体信号和TME中细胞外营养物质的可用性来调节的。在多种人类和小鼠肿瘤实体中，癌细胞营养摄取和代谢是调节抗肿瘤反应的主要机制。致癌信号和代谢酶的免疫激活是癌细胞营养摄取和代谢的主要驱动因素。在肿瘤中，当癌细胞对营养的渴望度较低时，抗肿瘤CD8 T细胞能充分吸收营养物质，使其增殖、存活并发挥效应作用。在这种营养充足的环境中，调节性T细胞(treg)对葡萄糖的摄取增加会削弱其抑制功能。相反，癌细胞(如高糖酵解性肿瘤)的高营养需求会降低细胞外营养的可用性，导致抗肿瘤CD8 T细胞功能受损。在这种营养缺失的TME中，癌细胞可能会增强抗肿瘤CD8 T细胞抑制因子的产生和分泌，包括PD-L1和乳酸。肿瘤和基质细胞中色氨酸分解酶的表达可能进一步导致营养消耗和免疫抑制代谢物的产生，包括Kyn和I3P。外核苷酶，如CD73(cluster of differentiation 73)，在多种癌细胞类型中表达，Tregs等基质细胞可产生免疫抑制腺苷(ADO)。增加乳酸的摄取和氧化也可以支持Tregs的增殖和免疫抑制功能。细胞外营养物质支持T 细胞增殖和功能的机制不仅限于简单地支持大分子生物合成。事实上，T细胞充足的营养可用性、吸收和分解代谢似乎是激活下游功能（包括效应子功能和分化）的关键因素。例如，在体外和体内小鼠模型中，激活驱动的糖酵解通过促进乙酰辅酶A依赖性的染色质重塑和防止甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)介导的Ifng和Il2mRNA转录本的降解，使CD4 T细胞中效应细胞因子蛋白的合成成为可能。虽然研究报道了赖氨酸9残基(H3K9Ac) 处的组蛋白H3 乙酰化的这种乙酰辅酶A依赖性表观遗传效应，但其他葡萄糖依赖性乙酰辅酶A 组蛋白修饰，如H3K18Ac、H3K14Ac和H3K27Ac是否调节不同T细胞亚群的功能仍有待研究。同样，谷氨酰胺、丝氨酸和甲硫氨酸似乎支持人和小鼠CD4 和 CD8 T 细胞的增殖和分化，既支持大分子生物合成，也支持染色质的全基因组影响。具体代谢敏感作用对T细胞功能丧失的阈值尚未确定，这表明，在营养限制条件下，如TME中存在的情况，某些代谢敏感功能保留了，而其他功能则没有保留。T细胞依赖于可获得的营养物质来维持增殖活性，这就提示癌细胞中必需营养素的消耗有可能会损害抗肿瘤免疫(图3)。肿瘤内T细胞功能的代谢干扰可分为两大类:首先，通过配体受体的相互作用改变T细胞的代谢功能，其次，通过改变T细胞试图维持持久免疫反应的细胞外营养环境。经典免疫检查点细胞毒性T 淋巴细胞相关蛋白4 (CTLA-4) 和PD-1 通过影响T 细胞代谢来抑制T 细胞功能的想法首先通过在人类CD4 T 细胞中进行的体外工作得到证明，这些检查点对基因转录影响较小，但对CD28诱导的葡萄糖代谢影响较大。随后在无细胞系统、体外基于T 细胞的系统以及体内人和小鼠模型中的研究证实，PD-1连接主要损害了CD28 依赖性AKT 激活，阻断CTLA-4 和PD-1 信号传导促进了抗肿瘤T细胞反应在很大程度上是通过恢复CD8 T 细胞中的葡萄糖摄取和代谢来实现的。然而，CTLA-4和/或PD-1 阻断剂无法重新激活许多癌症患者的抗肿瘤免疫反应，这表明存在可能限制T 细胞功能的额外代谢检查点。许多研究表明线粒体氧化磷酸化在维持活化的CD4 和CD8 T 细胞的生物合成需求方面的作用，包括在葡萄糖可能受到限制的条件下，例如在TME 中。此外，线粒体功能障碍是终末T细胞衰竭的标志，这种细胞状态表现出自我更新能力降低等特征。线粒体功能障碍是由PD-1信号和慢性TCR介导的信号转导共同驱动的。肿瘤通过下调肿瘤特异性抗原或相关抗原的表达，逃避T细胞的特异性免疫识别。例如肿瘤特异性CD8 T细胞识别肿瘤抗原从而被激活，对肿瘤细胞进行特异性杀伤均依赖于TCR对MHC-I-肽复合物的特异性识别与结合，而为了有效逃逸免疫识别，肿瘤细胞可改变MHC分子和抗原肽之间的相互作用进而影响TCR对MHC分子抗原肽复合物的识别。在人类和小鼠CD8 T细胞中，这些通路的参与可通过促进线粒体去极化和氧化应激导致线粒体功能的丧失，并损害氧化磷酸化，从而降低抗肿瘤T细胞的增殖能力。在这些最近的研究中，线粒体功能障碍和T细胞衰竭的严重程度与抗原负荷相关，这可能部分解释了为什么大型实体肿瘤对ICB反应较差。防止线粒体功能障碍的策略，如抗氧化治疗，提高了小鼠Texh细胞的增殖和抗肿瘤免疫，并在体外和体内显示出与ICB的协同效应。在Texh细胞上表达额外的免疫检查点如何可能改变T细胞代谢仍然是未来研究的一个领域。肿瘤抑制T细胞功能的第二个机制是通过改变细胞外营养的可用性(图3)。例如，与糖酵解活性相对较低的肿瘤相比，糖酵解活性高的人类和小鼠肿瘤更具有免疫抑制作用，对免疫治疗的反应更弱。肿瘤内的高葡萄糖消耗率并不仅仅是由肿瘤细胞驱动的，在包括乳腺癌和结肠癌在内的各种人类和小鼠肿瘤中，基质细胞(包括癌相关成纤维细胞(CAFs)和髓系细胞)表现出高糖消耗和乳酸排泄，从而进一步降低了葡萄糖的可用性。终末CD8 Texh 细胞线粒体氧化能力的丧失会使这些细胞越来越依赖可用的葡萄糖来维持细胞内ATP 库，这会增加它们对TME内葡萄糖消耗的敏感性。较大的肿瘤，与较小的肿瘤相比，更可能表现出瘤内葡萄糖消耗。除了通过激活PD-1 信号抑制T 细胞葡萄糖摄取外，肿瘤细胞表面的PD-L1 表达还可以调节肿瘤细胞对葡萄糖的摄取。据报道，在体外和体内模型中，PD-L1的细胞表面表达通过AKT/哺乳动物雷帕霉素靶标(mTOR) 信号依赖性糖酵解酶在小鼠肉瘤细胞中的翻译来驱动葡萄糖摄取和糖酵解。鉴于PD-L1 在小鼠和人类细胞中响应免疫细胞衍生的IFN-γ 被激活，肿瘤细胞上的PD-L1上调触发了肿瘤代谢的适应性变化，这可能有助于抑制抗肿瘤免疫反应，这种可能性值得进一步探究。除了反映可用葡萄糖的消耗外，我们还假设乳酸的瘤内积累可能可以直接促进免疫抑制（图3）。例如，活化的小鼠CD8 T 细胞摄取乳酸会促进细胞内酸化，从而抑制体外活化T细胞核因子(NFAT) 介导的 IFN-γ 表达。在体外，乳酸还通过抑制乳酸脱氢酶对细胞溶质NAD 的再生来抑制小鼠CD4 T 细胞的增殖，从而进一步限制葡萄糖分解代谢。与效应CD4 和CD8 T细胞不同，来自体外和体内小鼠模型的数据表明，调节性T细胞(Tregs)可以通过FOXP3介导的MYC抑制驱动的代谢重编程，轻松适应低糖和乳酸环境，这反过来限制了葡萄糖的摄取，同时增加了乳酸的摄取和氧化代谢，为增殖和免疫抑制功能提供了必要的代谢中间体(图3)。在人和小鼠细胞的体外研究表明，乳酸通过组蛋白赖氨酸残基直接影响TME中免疫细胞的分化，显示在炎症反应中诱导巨噬细胞中M2样基因的表达，如Arg1，但其在肿瘤特异性免疫细胞分化中的作用尚不明确。总的来说，这些研究支持这样一种观点，即肿瘤可以通过配体受体与代谢结果的相互作用，或通过重塑细胞外环境来干扰T细胞代谢稳态，从而加强肿瘤浸润T细胞的代谢失调。代谢酶的免疫驱动激活代表了抑制抗肿瘤免疫的代谢改变。这些家族中特征最明显的是TCEsIDO1、TDO2和最近发现的IL4I1。在多种人类和小鼠癌症中，这些酶通过消耗TME 中的芳香族氨基酸并产生靶向和激活AHR 的生物活性分子来促进免疫抑制。在小鼠模型中，IDO1/TDO2 介导的Trp 耗竭和IL4I1 介导的所有芳香族氨基酸耗竭抑制CD8 T细胞的增殖并通过激活GCN2蛋白激酶和抑制mTOR通路诱导Tregs分化。IDO1/TDO2衍生的犬尿氨酸、IL4I1衍生的吲哚和这三种酶形成的犬尿氨酸也可以直接激活AHR，进而通过多种机制促进免疫抑制，包括上调CD8 T细胞中PD-1蛋白的表达、肿瘤相关巨噬细胞(TAM) 中CD8 T 细胞增殖的抑制、CD39（从ATP 合成免疫抑制代谢物ADO 的限速酶）的诱导，以及小鼠或人类细胞中Tregs和CD8 Texh 细胞的分化。值得注意的是，AHR 介导的CD8 T 细胞耗竭诱导是由色氨酸羟化酶 1 (TPH1) 衍生的 5-羟色氨酸 (5-HTP) 触发的，以响应小鼠体外模型和人类体外模型中的IL-2/STAT5信号传导。IL4I1衍生的H2O2 还通过下调 TCRζ 链抑制CD4 和 CD8 T 细胞增殖和效应子功能，导致TCR 信号减弱。在TME 中可存在的细胞因子中，活化的CD8 T 细胞释放的 IFN-γ 似乎在通过IFN-γ 受体(IFNGR)/JAK/STAT1 通路诱导 IDO1 和IL4I1 表达中发挥主要作用。此外，通过cGAS/STING 信号产生的I 型IFN 响应TME 中应激和垂死细胞释放的DAMP也可以诱导人和小鼠细胞中的IDO1 表达。由TCE 介导的Trp 分解代谢似乎构成了TME 中一种有效的免疫抑制机制。最后，激活分解代谢途径导致细胞外形成ADO是肿瘤通过产生免疫抑制代谢物抑制TME中抗肿瘤T细胞活性的一种独特机制。具体来说，在黑素瘤小鼠模型中，应激或濒死的癌症和/或基质细胞释放的ATP可通过肿瘤和基质细胞表面的外核苷酶CD39和CD73依次代谢为ADO。另外，ADO可以通过CD38、CD203(也称为外核苷焦磷酸酶/磷酸二酯酶3,ENPP3)和CD73介导的NAD 的顺序分解代谢，或ENPP1和CD73介导的cGAMP的顺序分解代谢途径形成。在一些癌症类型中，包括黑素瘤和卵巢癌，ADO通过激活人类和小鼠CD4 和CD8 T细胞上的1型嘌呤能受体A2A和A2B促进免疫抑制。值得注意的是，在小鼠和人类黑色素瘤中，肿瘤浸润性CD8 T细胞中CD39的高表达定义了一个表现出最终枯竭表型的群体，其特征是IFN-γ、肿瘤坏死因子(TNF)和IL-2的产生减少，以及免疫抑制受体(如PD-1)的表达增加，这表明，耗尽的CD8 T细胞依次通过胞外合成ADO来抑制自身。在肿瘤快速生长的过程中，TME中坏死细胞释放的细胞外ATP持续供应，分解代谢途径产生并使之成为可能，ADO信号可能是某些肿瘤中关键的免疫抑制机制。前面的讨论支持靶向肿瘤细胞代谢以重新激活CIC和增加对免疫治疗的响应性的治疗潜力。我们认为这在很大程度上可以通过增强肿瘤免疫原性和/或恢复T细胞抗肿瘤功能来实现。事实上，一些靶向CIC代谢调节剂的治疗药物目前已被美国食品和药物管理局(FDA)批准或正在临床开发，用于治疗各种类型的癌症[图4(关键图)和表1]。在这方面，靶向TME中的葡萄糖代谢是研究最充分的方法。在临床前的模型中，通过遗传或药物抑制乳酸脱氢酶来抑制有氧糖酵解，增加葡萄糖和降低TME中的乳酸浓度，通过促进APC功能和抗原呈递来增加肿瘤的免疫原性。此外，一些小鼠癌症模型表明，这种策略可以通过增加可用葡萄糖和减少乳酸介导的免疫抑制来改善抗肿瘤T细胞的增殖和功能，同时通过减少Treg的乳酸摄取和氧化来抑制Treg的激活。与此一致的是，靶向癌细胞分泌乳酸或TME中免疫细胞摄取的抑制剂，例如乳酸转运体单羧酸转运蛋1和4(MCT1和MCT4)及其受体G蛋白偶联受体81 (GPR81) 的抑制剂，可以恢复人和小鼠的抗肿瘤T细胞反应。使用小分子抑制剂系统地靶向有氧糖酵解或抑制乳酸摄取已显示出单独和在免疫治疗背景下的临床前景。这些发现表明抑制肿瘤细胞对营养物质的吸收是增强免疫治疗的关键。最近的研究证明了限制谷氨酰胺分解代谢的治疗益处。鉴于消耗其他必需和非必需氨基酸（如蛋氨酸、丝氨酸和半胱氨酸）在肿瘤内T 细胞抑制中的潜在抑制作用，靶向氨基酸转运蛋白是一个具有显着扩展潜力的研究领域。
显示了当前获得美国食品和药物管理局(FDA) 批准或临床开发中针对多种癌症的治疗方法，这些治疗旨在针对癌症免疫循环的代谢调节剂。缩写：A2A，腺苷A2a受体；A2B，腺苷A2b受体；AHR，芳烃受体；ARG1/2，精氨酸酶1/2；CAR，嵌合抗原受体；CD 39/73，分化簇 39/73；CTLA-4，细胞毒性T淋巴细胞4；DC，树突状细胞；IDO，吲哚胺2,3-双加氧酶1；MCT1，单羧酸转运蛋白1；NOS，一氧化氮合酶；PD-1，程序性细胞死亡1；PD-L1，程序性细胞死亡配体1。
a A2A（ADORA2A），腺苷A2a受体；A2B (ADORA2B)，腺苷A2b受体； ARG，精氨酸酶； CD39 (ENTPD1)，分化簇39； CD73 (NT5E)，分化簇73；MCT1 (SLC16A1)，单羧酸转运蛋白 1； NOS，一氧化氮合酶； TIGIT，具有Ig和ITIM结构域的T细胞免疫受体。 b 处于最晚期临床阶段的药剂； c 试验在clinicaltrials.gov中列出，并带有各自的ID 号； d Anti-PD-1； e Anti-PD-L； f Anti-TIGIT。 克服由肿瘤内营养耗尽驱动的免疫抑制的第二种方法可能是增强效应T 细胞的代谢适应性。在CD8 Texh 细胞中恢复线粒体功能已成为提高抗癌免疫力的一种有吸引力的方法。4-1BB 和IL-10 的共同刺激可以诱导线粒体生物发生并加强肿瘤浸润淋巴细胞的氧化代谢，从而增加某些小鼠或体外模型的肿瘤内T 细胞存活和增殖能力；或者，通过抗氧化处理抑制功能失调的线粒体驱动的ROS 可以恢复氧化磷酸化和线粒体功能，从而增强CD8 Texh 细胞的增殖和效应功能并恢复抗肿瘤免疫，如小鼠黑色素瘤模型所示。值得注意的是，改善线粒体代谢似乎可以重新编程T 细胞的转录图谱，恢复以TCF-1 表达增加为标志的祖细胞耗竭状态，表明可能可以预防或恢复CD8 T 细胞的终末耗竭表型。鉴于 ICB 已被证明可将Texh 细胞驱动为最终衰竭表型，促进线粒体代谢可能会增强ICB 介导的抗肿瘤免疫的持久性，但这仍有待严格的科学研究。最后，抑制免疫抑制酶及其代谢产物触发的信号通路可能会在多个阶段恢复CIC。通过CD39、CD38、ENPP1和CD73抑制ADO的合成，以及阻断嘌呤能受体(如A2A和A2B)，可以改善DC功能以及CD8 T细胞的启动和效应功能。另外，通过腺苷脱氨酶(ADA)增强ADO的降解，可以导致肌苷的形成，肌苷是一种代谢产物，通过各种机制促进抗肿瘤T细胞活性，在葡萄糖缺乏的环境中也会为CD8 T细胞提供碳源。大量研究表明，靶向ADO代谢与ICB联合的治疗方法均能够增强抗肿瘤反应。同样，通过IDO1、TDO2和IL4I1 阻断Trp 分解代谢可以改善T 细胞的启动、增殖和抗肿瘤功能，并减少免疫抑制细胞（如Treg）和髓细胞（如TAM）的募集、分化和功能和髓源性抑制细胞(MDSC)。echo301/KEYNOTE-252随机、安慰剂对照III期试验(NCT02752074)的阴性结果，在一定程度上抑制了通过阻断色氨酸分解代谢来增强ICB的研究前景。其中，与派姆单抗加安慰剂相比，在派姆单抗中加入Ido1选择性抑制剂epacadostat并没有改善无法切除的III或IV期黑色素瘤患者的无进展生存(PFS)或总生存(OS)。考虑到多种其他酶，包括TDO2和IL4I1，可以产生激活AHR信号的代谢物，直接抑制AHR可能是一个更有前景的策略，但这还有待于强有力的测试。然而，在临床前研究中，通过抑制免疫抑制代谢酶及其相关受体和转运体获得了积极的治疗效果，促使多项临床试验评估这些分子的抑制剂作为单一疗法或与其他疗法(包括ICB)联合使用。对TME代谢重编程如何增强免疫原性和免疫逃避日益深入的了解，为增强抗肿瘤免疫提供了大量潜在的新策略(见突出问题)。在这里，我们聚焦于特定细胞类型(如癌细胞、DCs、CD8 T细胞和Treg)的代谢重组如何调节肿瘤免疫原性和抑制抗肿瘤免疫。在CIC中，本文综述了在这些细胞类型的功能中发挥突出作用的各种代谢途径，如脂质摄取、合成和代谢，以及应激反应途径，如内质网应激途径。此外，TME的非恶性细胞(如CAFs、内皮细胞、TAMs和MDSCs)的代谢重编程如何调节CIC是一个重要的研究领域，可能揭示其他的治疗靶点。包括本文描述的免疫抑制代谢酶如ARG1/2和一氧化氮合酶，通常由基质细胞在TME中表达。此外，细胞代谢重编程对CIC内其他事件的影响，如T细胞募集和肿瘤浸润，可能为逆转在多重免疫治疗难治性肿瘤中观察到的所谓T细胞排斥表型提供策略。进一步描述细胞类型和肿瘤类型特异性代谢重编程，以及它如何有助于细胞外TME的代谢重构，是一个值得探究的研究领域。更深入地了解肿瘤细胞中特定的代谢重编程如何支持免疫逃避将是临床上预防免疫检查点抑制剂抵抗的关键。最后，对CAR-T细胞或ICB治疗患者的代谢网络进行广泛的分析，可以扩大对联合使用假定靶点的识别，并在理想情况下改善患者对此类治疗的反应。免疫代谢检查点IDO1是临床特征最明确的抗肿瘤CD8 T细胞反应的代谢抑制因子，IDO1抑制剂联合ICB治疗癌症患者，包括晚期黑色素瘤患者的多项临床试验证明了这一点。如本文所述，在晚期黑色素瘤患者中，联合IDO1选择性抑制剂epacadostat和PD-1抑制剂pembrolizumab的第一项III期临床研究未能实现其主要终目的。在最近的一项研究中，对晚期黑色素瘤患者转录组数据的分析表明，使用PD-1抑制剂纳武利尤单抗（一种治疗癌症的单克隆抗体）治疗可诱导免疫抑制，增强AHR激活酶IL4I1以及AHR的活性，提示IL4I1构成了一个代谢免疫检查点，驱动对ICB和/或IDO1抑制剂的抗性此外，通过靶向AHR与ICB联合阻断IDO1和IL4I1信号也可能是治疗多种癌症实体的一种有前途的策略。根据代谢酶的表达及其下游信号通路(如TCEIDO1/2、TDO2、IL4I1和AHR)的活性对患者进行分层，可能有助于提高对某些免疫治疗的应答。靶向CIC的其他代谢调节剂，包括癌细胞糖酵解、乳酸分泌和摄取和T细胞线粒体功能障碍等，可能有助于改善对CAR-T和ICB治疗的反应。除了致癌驱动的ROS和UCD，哪些代谢网络促进突变并随后增强免疫原性？研究者首先需要解决的问题是，肿瘤生长产生的细胞外代谢物是否促进DC和T细胞募集和肿瘤浸润，另外，肿瘤代谢的适应性变化是否会促进免疫排斥以及致瘤生长因子和转录因子如何协同ROS敏感转录因子调控肿瘤PD-L1表达？在此基础上，是否有代谢特征/网络可以预测CAR-T和ICB免疫疗法的反应性。例如，最近的研究表明，在纳武利尤单抗治疗的晚期黑色素瘤患者中，IL4I1表达和AHR活性被诱导，这表明IL4I1构成了对ICB的耐药机制。此外，在什么环境营养阈值下，对T细胞功能的特定代谢敏感效应会丧失，而在多种癌症实体和多种治疗背景下的TME代谢谱仍有待系统描述。 最后，如何针对上述靶点来阻止或逆转最终Texh细胞的分化？最近的研究表明，ROS驱动的线粒体功能障碍和氧化磷酸化受损，以及5-羟色胺酸介导的AHR活性，可促进T细胞衰竭。在衰竭的T细胞上表达的额外免疫检查点改变T细胞代谢的具体机制也不清楚，是否有额外的代谢途径导致T细胞衰竭需要进一步研究。 https://pubmed.ncbi.nlm./34610889/
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