《细胞·代谢》：清华/北大/武大团队强强合作，揭示有氧糖酵解调控癌症免疫逃逸的全新机制

来源：奇点糕 2023-08-09 11:51

清华大学潘登课题组、北京大学曾泽贤课题组与武汉大学中南医院汪付兵团队协力完成的研究显示，癌细胞可借助由葡萄糖转运体1（Glut1）等关键酶介导的有氧糖酵解，抵抗细胞毒性T细胞杀伤，而靶向Glut1可增

清华大学潘登课题组、北京大学曾泽贤课题组与武汉大学中南医院汪付兵团队协力完成的研究显示，癌细胞可借助由葡萄糖转运体1（Glut1）等关键酶介导的有氧糖酵解，抵抗细胞毒性T细胞杀伤，而靶向Glut1可增强T细胞杀伤力。

 

从机制层面来看，靶向Glut1会使癌细胞发生代谢重编程、氧化磷酸化水平上升，让癌细胞对TNF-α诱导的凋亡更敏感，也是细胞毒性T细胞杀伤力增强的原因。而且在初步实验中，Glut1抑制剂与PD-1抑制剂联合使用可协同增效，更好地增强抗肿瘤免疫应答，因此有望成为癌症免疫联合治疗的全新选择[1]。

 

研究概要汇总图

 

为了抵抗免疫系统，特别是细胞毒性T细胞主导的抗肿瘤免疫应答，癌细胞们进化出的免疫逃逸机制真是五花八门、数不胜数，而有氧糖酵解就是被学界重点“盯梢”，可能参与免疫逃逸的代谢重编程机制之一[2-3]，但具体机制还远未被阐明。

 

我国研究者们此次则是借助CRISPR-Cas9技术，将癌细胞的有氧糖酵解与免疫逃逸联系到一起：首先，研究者们使用CRISPR-Cas9对小鼠肺癌细胞系和胰腺癌细胞系进行全基因组筛选，寻找与抵抗细胞毒性T细胞杀伤有关的基因，并进行扰动效应（Perturbation effects）检测，即敲除基因并评估敲除影响。

 

多个与有氧糖酵解有关的基因，如编码Glut1的Slc2a1及葡萄糖磷酸异构酶（Gpi1）等，就在筛选中脱颖而出，提示糖酵解通路与免疫逃逸关系匪浅；进一步敲除癌细胞中的Glut1或Gpi1，就可显著增强细胞毒性T细胞对它们的杀伤效果。

 

敲除Glut1或Gpi1可显著增强细胞毒性T细胞的杀伤力

 

研究者们调取单细胞数据集资料发现，Glut1在大多数癌细胞中高表达，且对癌症发生发展有重要作用，但在T细胞等免疫细胞表面的表达很少（免疫细胞主要表达与其作用相似的Glut3），这意味着靶向Glut1可以仅对癌细胞的有氧糖酵解实现精准调控，而不容易伤及无辜，符合理想治疗靶点的要求。

 

通过Transwell侵袭实验法，研究者们证实敲除Glut1或Gpi1会增敏细胞毒性T细胞的“间接杀伤”，即T细胞不直接与癌细胞接触，以分泌细胞因子等方式进行杀伤，敲除Glut1或Gpi1增敏的杀伤机制，则是TNF-α诱导的癌细胞凋亡。

 

而在敲除Glut1或使用Glut1抑制剂（BAY-876）后，由于有氧糖酵解水平下降，癌细胞就会发生适应性的代谢重编程，表现为线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）水平显著升高，进而产生大量活性氧（ROS），而增多的ROS会导致抗凋亡蛋白c-Flip下调，这是癌细胞无法抵御TNF-α诱导凋亡的关键。

 

敲除Glut1可通过代谢重编程，增敏TNF-α诱导的癌细胞凋亡

 

进一步实验还显示，Glut1抑制剂单独使用或与PD-1抑制剂联合治疗，可有效抑制小鼠肿瘤生长，且联合治疗可有效改善肿瘤内CD45+免疫细胞（细胞毒性T细胞或NK细胞）及CD4/CD8+T细胞的浸润，而这种抑癌作用依赖于TNF-α信号，阻断该通路（敲除TNF受体）就会使Glut1抑制剂失效。

 

Glut1抑制剂与PD-1抑制剂搭档，可显著改善肿瘤免疫细胞浸润

 

最后，研究者们分析了TCGA等外部数据库资料，发现Glut1等糖酵解特征基因的表达水平，与肿瘤免疫细胞浸润及免疫治疗应答显著相关，且在肺癌、胰腺癌和子宫内膜癌患者队列中，较低的糖酵解水平和TNF-α高表达与患者预后较好有关，提示本次研究揭示的各项机制对抗肿瘤免疫有显著影响。

 

研究者们在论文中还指出，Glut1是KRAS基因调控的直接下游信号，因此它可能在多种癌症中普遍过表达，需要尽快阐明Glut1对T细胞功能的影响，而针对Glut1进行靶向干预，有望成为颇具潜力的免疫治疗策略。

参考文献：

[1]Wu L, Jin Y, Zhao X, et al. Tumor aerobic glycolysis confers immune evasion through modulating sensitivity to T cell-mediated bystander killing via TNF-α[J]. Cell Metabolism, 2023.

[2]Kareva I, Hahnfeldt P. The emerging “hallmarks” of metabolic reprogramming and immune evasion: distinct or linked?[J]. Cancer Research, 2013, 73(9): 2737-2742.

[3]Ganapathy-Kanniappan S. Linking tumor glycolysis and immune evasion in cancer: emerging concepts and therapeutic opportunities[J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Cancer, 2017, 1868(1): 212-220.