代謝作用包括一系列的生化反應，可將營養(yǎng)物質轉化為代謝產物，在維持細胞內穩(wěn)態(tài)以及響應胞內和胞外刺激方面起著重要作用。代謝改變是腫瘤的重要特征之一，為了維持持續(xù)的增殖，腫瘤細胞必須調整其代謝和營養(yǎng)獲得方式。

       越來越多的研究發(fā)現，腫瘤微環(huán)境（TME）中的代謝改變能夠通過產生免疫抑制代謝物抑制免疫細胞浸潤等抗腫瘤免疫力。癌細胞的代謝失調會進一步影響細胞表面標志物的表達，從而干擾免疫監(jiān)測。已發(fā)現的與免疫療法耐藥性相關的代謝途徑包括PI3K-Akt-mTOR、缺氧誘導因子 (HIF)、腺苷、JAK/STAT以及Wnt/β-catenin^[1]。

       3月26日，發(fā)表在Nature Reviews Clinical Oncology上篇題為“Navigatingmetabolic pathways to enhance antitumour immunity and immunotherapy”的綜述中^[2]，來自瑞士、美國和比利時的幾位科學家總結了與腫瘤免疫逃逸相關的代謝途徑，并討論了這些代謝途徑中的弱點，而這些弱點可能被用來增強癌癥免疫療法。

       糖酵解

       Warburg效應是腫瘤代謝改變的經典例子，特點是即便在氧氣充足的情況下，腫瘤細胞也能利用大量的葡萄糖，并通過糖酵解產生乳酸（正常細胞中，糖酵解在無氧或缺氧條件下發(fā)生）；同時，相應的是，氧化磷酸化(OXPHOS)速率較低。

       乳酸通過單羧酸轉運蛋白（尤其是MCT4）被輸送到癌細胞外環(huán)境，導致了酸性的TME。在過去十年中，有氧糖酵解（aerobic glycolysis）和由此形成的酸性TME都被證明，對T細胞介導的抗腫瘤免疫響應以及腫瘤浸潤髓細胞的活性有很大的影響（圖1）。舉例來說，2015年發(fā)表的2篇Cell證實^[3-4]，受腫瘤細胞葡萄糖消耗率較高的影響，腫瘤浸潤淋巴細胞(TILs)的mTOR活性、激活T細胞核因子（NFAT）信號以及糖分解能力降低了，這導致了抗腫瘤效應分子生產受損。

       氨基酸及其衍生物

       谷氨酰胺和谷氨酸

       除高葡萄糖消耗外，一些腫瘤以高谷氨酰胺消耗來滿足癌細胞的代謝需求。腫瘤細胞中增加的谷氨酰胺回補（glutamine anaplerosis）導致了氨釋放增加；而暴露在氨中可以激活鄰近細胞的自噬，如癌癥相關成纖維細胞（CAFs）。反過來，CAFs中氨激活的自噬又可以通過促進谷氨酰胺從CAFs中釋放進一步支持腫瘤細胞的生長。此外，谷氨酰胺代謝的產物（如谷氨酸、天冬氨酸）也可以調節(jié)腫瘤細胞的代謝、表觀遺傳、核苷酸合成和氧化還原平衡。

       值得一提的是，乳酸也能夠促進谷氨酰胺轉運蛋白ASCT2和谷氨酰胺酶1（GLS）在腫瘤細胞中表達（圖1）。

       現在，靶向谷氨酰胺回補的多個化合物正被開發(fā)用于抗癌治療。其中一些藥物已經被證明具有抗癌功效，如GLS別構抑制劑CB-839。CB-839已被證明能夠有效抑制谷氨酰胺分解，在三陰性乳腺癌和血液學惡性腫瘤臨床前模型中具有良好的活性。目前，多項臨床試驗正在評估CB-839，這些臨床試驗涉及實體瘤或血液學惡性腫瘤患者，既有單一用藥，也有與免疫檢查點抑制劑（ICIs）聯合用藥(表1，見文末)。

       精氨酸

       精氨酸代謝在T細胞活化和調節(jié)免疫反應中也有重要作用。TME中表達精氨酸酶1（ARG1）的免疫調節(jié)細胞（包括M2樣腫瘤相關巨噬細胞、Treg細胞等）的積累通過降解精氨酸（限制T細胞對精氨酸的可用性）抑制了抗腫瘤免疫力。

       研究顯示，通過補充精氨酸刺激T細胞和NK細胞的細胞**以及效應細胞因子的產生，結合PD-L1抗體治療顯著增強了抗腫瘤免疫響應，且延長了骨肉瘤小鼠的生存期。因此，在TME中補充精氨酸和防止精氨酸降解是重新激活T細胞和NK細胞介導的免疫反應的一種有吸引力的策略。這種方法正在臨床試驗中進行測試，如ARG1抑制劑INCB001158正與PD-1抗體Keytruda聯合使用（表1，見文末）。

       色氨酸

       研究顯示，色氨酸降解酶在腫瘤細胞中的高水平表達促進了腫瘤的進展，與胃癌患者預后較差有關。而腫瘤中高水平的IDO和TDO被認為會降低TME中色氨酸的可用性，進而抑制T細胞的殺瘤功能。除了剝奪T細胞的色氨酸，IDO和TDO還將色氨酸分解為犬尿氨酸，后者的積累能夠降低效應T細胞的增殖(圖1)。首個IDO1抑制劑（1-methyltryptophan）已被證明可以減輕TME的免疫抑制，并在臨床前模型中促進腫瘤特異性T細胞的活化。在這一發(fā)現之后，IDO抑制劑indoximod、IDO1抑制劑navoximod以及IDO1–TDO雙重抑制劑HTI-1090(SHR9146)和DN1406131已經進入臨床測試。其中，indoximod正被開發(fā)聯合CTLA-4抗體或PD-1抗體治療黑色素瘤患者（表1，見文末）。

       腺苷信號

       TME中腺苷濃度明顯升高。核苷酸代謝酶CD39和CD73在控制腺苷的產生方面起著關鍵作用。CD39和CD73在腫瘤中表達升高與胃腸道、婦科和非小細胞肺癌患者的預后不良有關。除腫瘤細胞外，Treg細胞也可以表達CD39，并通過腺苷-A2AR信號軸促進TME中的免疫抑制（A2AR即腺苷A2A受體）。

       靶向CD39和CD73活性以抑制腺苷的產生也是增強抗腫瘤免疫的一種有吸引力的策略。大量的臨床前研究表明，使用抗CD73抗體治療可提高ICIs治療的效果。同樣，A2AR拮抗劑和ICIs聯合治療也能在小鼠模型中誘導協同的抗腫瘤反應。一些靶向腺苷信號通路的藥物（如A2AR抑制劑CPI-144）正在被測試與ICIs聯合抗癌的療效（表1，見文末）。

       環(huán)氧化酶和PGE2通路

       環(huán)氧化酶2（COX2）在許多癌癥中過表達，與TME中的免疫抑制以及高水平的PGE2產生密切相關。大量研究表明，抑制PGE2的產生及其信號級聯可以改善抗腫瘤免疫反應的多個方面。舉例來說，選擇性COX2抑制劑celecoxib在與PD-1抗體聯合使用時誘導了協同抗腫瘤免疫反應。一些同類聯合治療方案的臨床試驗已啟動（表1）。同時，研究人員也在開發(fā)PGE2受體抑制劑。其中，選擇性PGE2受體4（EP4）拮抗劑grapiprant正被評估作為單藥或聯合Keytruda，用于治療非小細胞肺腺癌或微衛(wèi)星穩(wěn)定的結腸直腸癌患者（表1，見文末）。

       脂肪酸和膽固醇

       腫瘤細胞通常會提高從頭合成脂肪酸的速度，以產生細胞膜磷脂和信號分子。大量證據表明，TME中腫瘤細胞和免疫細胞的脂質代謝在協調免疫抑制方面發(fā)揮著重要作用，靶向這些代謝途徑是增強抗腫瘤免疫的一種途徑。在這方面，中國科學家曾在Nature^[5]上發(fā)表過一項重要成果，證明利用膽固醇酯化酶ACAT1抑制劑avasimibe擾亂膽固醇酯化能夠改善效應T細胞的功能和增殖。avasimibe可與PD-1抑制劑產生協同作用，在小鼠模型中根除黑色素瘤。此外，也有研究顯示，TME中存在的脂質種類可能調節(jié)著效應CD4+ T細胞的浸潤模式，并決定靶向脂質代謝治療癌癥的結果。

       免疫檢查點的代謝調節(jié)作用

       近幾年，ICIs在癌癥治療方面取得了顯著進展。這類抗癌藥原本是開發(fā)用于增強T細胞激活信號通路，然而，越來越多的證據表明，ICIs還會影響T細胞的代謝適應度。一些研究發(fā)現，ICIs會影響腫瘤微環(huán)境（TME）中腫瘤和T細胞之間的代謝交流和競爭。舉例來說，PD-1與PD-L1或PD-L2的相互作用可通過抑制PI3K-AKT-mTOR通路損害T細胞的代謝重編程。

      除了調節(jié)TILs的代謝，免疫檢查點還能直接影響腫瘤細胞的代謝。PD-L1和B7-H3(也稱為CD276)在腫瘤細胞中的表達已被證明通過激活PI3K-AKT - mTOR通路來刺激有氧糖酵解。

       因此，抑制PD-1/PD-L1軸可能通過促進TILs的重新振作和代謝適應度，以及抑制腫瘤細胞的有氧糖酵解，產生了協同抗癌作用。一項臨床前研究表明，PD-1/PD-L1抑制確實增強了T細胞的糖酵解活性。

       除PD-1外，其它抑制性免疫檢查點受體也被報道會影響T細胞的代謝程序，如CTLA-4、TIM3、LAG3。舉例來說，在功能耗竭的T細胞上高表達的TIM3已被證明通過中斷PI3K-AKT-mTOR信號來改變T細胞代謝。此外，與野生型CD4+ T細胞相比，缺乏LAG3的CD4+ T細胞的基礎呼吸和有氧糖酵解速率顯著增加，表明LAG3的表達降低了T細胞的代謝適應度。

       與抑制性免疫檢查點受體造成的代謝受損不同，激活性的共刺激分子通過刺激控制轉錄重編程和代謝開關的信號通路來支持T細胞的激活。舉例來說，CD28信號通過同時刺激有氧糖酵解和促進線粒體融合來增強T細胞的代謝適應度（圖2）。而顯著增強CD8+T細胞增殖的4-1BB信號激活了葡萄糖和脂肪酸代謝。此外，4-1BB和OX40雙重共刺激增強了CD8+ T細胞的糖酵解。GITR的激活上調了CD8+ T細胞的營養(yǎng)攝取、脂質儲存、糖酵解和氧消耗。

       總結來說，這些不斷發(fā)表的論文表明，ICIs以及共刺激受體激動劑對T細胞代謝有重要影響。由于TME對TILs施加了各種代謝壓力，因此，將ICIs和/或共刺激受體激動劑與代謝治療（如LDHA抑制劑、MCT1和/或MCT4抑制劑或PFKFB3抑制劑）相聯合可能能夠提高免疫治療的療效。

       過繼T細胞轉移免疫療法的代謝干預

       TILs

       代謝調節(jié)在初級免疫反應期間激活的T細胞中起著關鍵作用這一發(fā)現最初來自2009年發(fā)表的1篇與mTORC1有關的Nature^[6]。之后有研究發(fā)現，在CD8+ T細胞體外擴增過程中抑制mTORC2-AKT信號或糖酵解能夠賦予T細胞記憶表型，并增強抗腫瘤活性。這些發(fā)現表明，在臨床上，或許可以考慮將代謝干預與過繼T細胞轉移（ACT）免疫療法聯合使用。此外，更好的理解TME中誘導代謝性T細胞衰竭的過程也可能揭示新的治療靶點。

       舉例來說，2015年發(fā)表的一篇Cell證實^[7]，TME中的葡萄糖缺乏可能導致TILs中磷酸烯醇丙酮酸(PEP)不足。而通過過表達PCK1增加黑色素瘤抗原特異性T細胞的PEP產量抑制了SERCA的活性，從而使得ACT免疫療法產生了持續(xù)的效應功能（SERCA：sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium ATPase 3）。

       2016年發(fā)表的一篇Nature發(fā)現^[8]，腫瘤中的細胞在接近死亡時會釋放出鉀離子到細胞外的空間。TILs細胞內的鉀水平也更高，這抑制了TCR驅動的AKT–mTOR信號以及抗腫瘤活性。在體外擴增過程中，通過使腫瘤抗原特異性CD8+T細胞中鉀通道Kv1.3過表達來增加鉀的外流可以改善ACT治療黑色素瘤小鼠的結果：增強了腫瘤清除，提高了存活率。

       目前，調查基于TIL的ACT免疫療法與T細胞代謝干預聯合作用的一項臨床試驗正在進行中(NCT02489266)。

       CAR-T療法

       ACT免疫療法的另一代表是CAR-T療法。目前，美國FDA已經批準了兩款靶向CD19的CAR-T產品（Kymriah和Yescarta），用于治療B細胞急性淋巴細胞白血病（B-ALL）或大B細胞淋巴瘤。2017年發(fā)表的一項研究表明，在CD19-CAR-T體外擴增時抑制AKT能夠改變CAR-T細胞的代謝，促進它們向記憶表型分化，改善治療B-ALL的療效。此外，有研究表明，抑制mTOR或糖酵解途徑有利于T細胞向naïve和記憶表型分化；不過，這種抑制也導致了細胞增殖的顯著降低。

       除了以上方法，在CAR結構中使用的共刺激域也被證明能夠決定CAR-T細胞產品的代謝適應度和持久性。舉例來說，使用CD28共刺激域可刺激CAR-T細胞的糖酵解和效應分化；而使用4-1BB共刺激域可誘導線粒體生物發(fā)生（mitochondrial biogenesis）、OXPHOS以及隨后的記憶T細胞分化，從而導致CAR-T療法更好的體內持久性。

       總結來說，不斷揭露的證據表明，免疫代謝是決定CAR-T細胞療法和其它ACT免疫療法治療結果的關鍵因素。非常重要的一點是，由于這些細胞療法包含體外改造和擴增過程，因此，非常適合操縱T細胞關鍵的代謝機制（圖3）。

       總結

       在過去的十年里，免疫療法的發(fā)展導致了癌癥治療范式的轉變。然而，事實上，大多數患者并沒有從免疫治療中獲益，這可能是因為免疫抑制性TME重編程不足，從而限制了抗腫瘤免疫力的恢復。

       總結來說，該綜述指出：

1）TME會給浸潤免疫細胞施加代謝壓力，導致局部的免疫抑制以及腫瘤免疫逃逸，

2）針對腫瘤細胞異常代謝特性的干預措施可能會重編程TME的免疫狀態(tài)；

3）免疫檢查點調節(jié)T細胞的激活和功能部分是通過影響這些細胞的代謝重編程和線粒體適應性；

4）靶向在TME中活躍的代謝通路的藥物可能會通過減輕TILs的代謝壓力，與免疫檢查點抑制劑產生協同作用；

5）在TIL體外擴增或CAR-T細胞生產時調節(jié)T細胞的代謝程序，是提高過繼T細胞免疫療法療效的一個有希望的策略。

       不過，雖然代謝藥物與免疫療法的各種組合已經在臨床試驗（表1）中進行測試，未來科學家們仍需要更好地理解腫瘤免疫逃避的代謝機制和抗腫瘤免疫細胞的代謝需求，這對于充分挖掘有效的聯合療法至關重要。

       最后，值得一提的是，代謝程序還會影響抗原的呈遞和識別。因此，代謝干預可能還會增加癌細胞的免疫原性，從而拓寬可以被免疫療法有效治療的癌癥范圍。

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