Cancer Cell：许琛琦/宋保亮团队合作揭示肿瘤内 T 细胞胆固醇缺陷的机制和功能重要性

肿瘤微环境中的各种免疫细胞可以显著影响肿瘤的发生与发展。肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）可以识别并杀伤肿瘤细胞，而髓系细胞，主要是肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和中性粒细胞，行使促进肿瘤并抑制免疫的功能。T 淋巴细胞在进入肿瘤微环境后会发生耗竭和失能，从而降低清除肿瘤的能力。造成 T 细胞耗竭和失能的原因有很多，其中之一是慢性抗原刺激，另一种是肿瘤微环境引发的代谢变化。

胆固醇是细胞膜结构的主要成分，所有的哺乳动物细胞都需要胆固醇。许琛琦团队在之前的研究中发现，通过调控 T 细胞的胆固醇代谢可以增强其抗肿瘤能力（Nature 2016）。但肿瘤微环境中各种免疫细胞的胆固醇代谢状态和对胆固醇代谢的依赖程度还不是很清楚。肿瘤浸润淋巴细胞有过高还是过低的胆固醇水平以及失调的胆固醇代谢是否会影响肿瘤浸润淋巴细胞的功能也还不是很清楚。此外，临床测试的靶向胆固醇代谢的药物对免疫细胞是否有益或有害还需要仔细评估。解决这些基本问题可以为理解癌症和免疫提供重要信息，并可能提出代谢干预的新策略。

2023 年 5 月 26 日，国科大杭州高等研究院和中国科学院分子细胞卓越中心许琛琦研究组联合武汉大学生命科学学院宋保亮研究组在 Cancer Cell 杂志在线发表了题为 Exhaustion-associated cholesterol deficiency dampens the cytotoxic arm of antitumor immunity 的研究论文。该研究通过对人和小鼠肿瘤的分析，发现肿瘤浸润的 T 细胞有明显的胆固醇缺陷，其原因是肿瘤微环境中富集的氧化型胆固醇改变了 SREBP2 及 LXR 活性导致胆固醇不足。胆固醇缺陷导致关键代谢和信号通路的异常从而引发 T 细胞失能，其中一个标志性表型是自噬引发的细胞凋亡。该研究还发现 CD8+杀伤性 T 细胞较 CD4+辅助性 T 细胞更加依赖胆固醇，因此胆固醇缺陷对 T 细胞杀伤性免疫抑制更大。该研究还在实体瘤的 CAR-T 细胞治疗中测试了 T 细胞胆固醇正常化策略，展示了 LXRb 敲除策略的应用前景。该研究系统性研究了肿瘤微环境中 T 淋巴细胞的胆固醇代谢状态，为进一步通过靶向胆固醇代谢治疗肿瘤提供了理论基础（图 1）。

团队首先检测了肿瘤微环境中各种细胞类群的胆固醇代谢图谱，发现肿瘤浸润淋巴细胞存在胆固醇缺陷，而免疫抑制型髓系细胞和肿瘤细胞具有丰富的胆固醇并消耗了大部分环境胆固醇。接下来团队设计了一个过继转移实验来比较肿瘤中浸润的 T 细胞与相同抗原激活的 T 细胞的细胞膜胆固醇水平。肿瘤浸润的 T 细胞的胆固醇水平远低于疫苗激活的 T 细胞。另外，在靶向肝癌细胞的 GPC3 CAR-T 治疗模型中，肿瘤浸润 CAR-T 细胞的膜表面胆固醇水平随着浸润时间逐渐降低。这些数据共同表明肿瘤微环境可导致肿瘤浸润淋巴细胞胆固醇缺陷。（图 2）

团队接下来研究了肿瘤浸润淋巴细胞胆固醇缺陷的功能后果。通过 Scapflox/flox 小鼠与 Cd4cre 小鼠杂交（ScapCKO）来在 T 细胞中特异性敲除 SCAP（SREBP2 激活所必须的蛋白质）来抑制 T 细胞胆固醇获取。移植 MC38 肠癌细胞后，ScapCKO 小鼠比 WT 小鼠的肿瘤生长更快且生存更差。在肿瘤微环境中，ScapCKO 小鼠有更少的 CD8+ T 细胞但不影响 CD4+ T 细胞数量。进一步研究发现相比于 CD4+ T 细胞，CD8+ T 细胞有更加活跃的胆固醇代谢水平，且对胆固醇缺陷引发的增殖抑制和细胞自噬介导的细胞凋亡更加敏感。（图 3）

研究发现，肝癌细胞条件培养基和病人肝癌样本中富集多种胆固醇代谢物，其中包括氧化型胆固醇，特别是 27-羟化胆固醇（27-HC）。氧化型胆固醇可以通过抑制 SREBP2 通路并激活 LXR 通路来导致 T 细胞胆固醇缺陷。同时团队还通过对胆固醇缺陷细胞的 RNAseq 定义了胆固醇缺陷特征基因集，并发现特征基因集中含有多种重要的信号和代谢通路。这表明胆固醇缺陷可以通过影响多种重要的信号和代谢通路来影响 T 细胞增殖与存活，从而引发肿瘤微环境中 T 细胞耗竭或失能。

值得一提的是，T 细胞耗竭或失能是一种高度异质的状态，可以通过不同的方式诱导。尽管通过不同的机制，慢性抗原刺激和胆固醇缺乏都可以抑制 T 细胞增殖和存活，从而抑制抗肿瘤免疫。团队还尝试了一种使肿瘤浸润 CAR-T 细胞胆固醇水平正常化的策略。LXRb 基因敲除可以显著抵抗 LXR 激活引发的 T 细胞胆固醇缺陷并增强 GPC3.BBZ CAR-T 细胞的体内抗肿瘤能力。（图 3）

综上所述，这一研究揭示了肿瘤内细胞胆固醇图谱的全景，并阐明了 T 细胞胆固醇缺陷的机制和功能重要性。胆固醇缺陷导致 T 细胞耗竭和失能的机制与慢性抗原刺激的机制不同。该研究还发现胆固醇正常化可以促进工程化 T 细胞疗法的疗效。这一研究也可能适用于其他与 T 细胞胆固醇代谢有密切联系的疾病。在慢性感染的情况下，T 细胞低胆固醇获取能力可能是抗病毒免疫无效的原因。对于过度活化的 T 细胞导致不良组织损伤的自身免疫和慢性炎症，抑制胆固醇的获取可能会通过抑制 T 细胞免疫来改善疾病进展。

国科大杭州高等研究院生命与健康学院/中国科学院分子细胞卓越中心许琛琦研究员和武汉大学生命科学学院宋保亮教授为本论文的共同通讯作者。国科大杭州高等研究院博士后闫成松，中国科学院分子细胞卓越中心博士研究生郑霖，博士研究生姜书谭，博士研究生杨皓晨，博士后郭俊为该论文共同第一作者。该研究同时得到了中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉中心朱正江研究员的合作与支持。

转自：“丁香学术”微信公众号

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