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國自然熱點追蹤——核心代謝改變如何影響藥物驅動的抗腫瘤免疫
發布時間： 2024-10-18 點擊次數： 1989次腫瘤的惡性轉化和進展伴隨著多種代謝途徑的變化，主要體現在以下三個方面。首先，一些關鍵的酶編碼基因發生突變，如異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）或IDH2，在膠質母細胞瘤和某些類型的白血病中常見，導致2-羥基戊二酸（2HG）的積累，從而促進腫瘤生長。其次，一些致癌蛋白或抑癌因子的遺傳或表觀遺傳改變也直接影響代謝途徑，例如KRAS的激活突變和腫瘤蛋白p53（TP53）的失活已證實會影響代謝。第三，癌細胞能夠根據腫瘤微環境的變化調整自身的代謝，如在缺氧條件下通過低氧誘導因子1α（HIF1α）重編代謝。雖然這些情景概念上有所不同，但都為癌細胞創造了代謝上的脆弱點，可作為治療的潛在靶點。
這篇推文我們介紹核心代謝改變如何影響自然和藥物驅動的抗癌免疫監視機制，并分析針對這些代謝變化的治療策略，以增強抗癌免疫反應。
葡萄糖、乳酸和三羧酸循環
圖1 葡萄糖、乳酸和三羧酸循環對抗癌免疫的影響
在Stk11缺失驅動的肺癌模型中，乳酸通過GPR81向TAM和CTL發出信號，盡管機制不同。乳酸積累導致免疫抑制，主要源于葡萄糖代謝失調。
三羧酸循環（TCA循環）在細胞代謝中關鍵，提供NADH和琥珀酸等還原等價物，并調節多種代謝物和信號分子。FH缺乏導致延胡索酸水平增加，引起T細胞功能障礙。FH過表達增強CAR T細胞治療效果。FH喪失促進線粒體DNA/RNA釋放，激活免疫途徑，但可能促進腫瘤發展。
OXPHOS電子流動限制CTL識別黑色素瘤細胞。琥珀酸積累促進糖酵解和免疫抑制。2-羥基戊二酸（2HG）抑制免疫細胞功能，而戊二酸增強T細胞對腫瘤細胞的細胞毒性。ACSS2阻斷導致乙酸積累，促進T細胞效應和增殖。異檸檬酸在某些細胞中具有免疫抑制效應，但具體機制需進一步研究。
缺氧是腫瘤微環境的主要免疫抑制因素，HIF1α調控代謝轉變和免疫抑制途徑，包括乳酸分泌、VEGF-A上調、腺苷信號傳導等。缺氧還通過其他途徑誘導免疫抑制。
脂質代謝癌細胞的增殖顯著依賴于脂質代謝的增強，不僅為脂肪酸氧化（FAO）驅動的氧化磷酸化（OXPHOS）提供額外能源，還作為細胞膜和其他脂質合成的來源。研究表明，與癌癥相關的FAO和脂肪酸合成的改變會影響抗腫瘤免疫反應（圖2）。
圖2 脂肪酸和類花生酸代謝對抗癌免疫的影響
脂肪酸氧化（FAO）
FAO分解長鏈脂肪酸為乙酰fu酶A，驅動三羧酸循環和OXPHOS。多種癌癥如GBM中，FAO相關酶上調，增強放射抗性。FAO衍生的乙酰fu酶A激活抗凋亡信號，聯合放療和CPT1抑制劑、CD47阻斷劑提高GBM治療效果。乙酰fu酶A抑制自噬，影響FAO的免疫效應。FAO相關基因影響癌細胞免疫識別和腫瘤清除。FAO脂質動員與癌干細胞免疫逃逸相關，影響免疫治療效果。脂質代謝改變調節腫瘤免疫反應和治療效果。
癌細胞的自噬反應和抗腫瘤免疫
自噬是依賴溶酶體的分解代謝過程，處理細胞質中的潛在毒性和/或功能障礙成分。它在有核細胞中維持穩態和代謝功能，支持免疫細胞分化和功能。研究表明，惡性細胞中的自噬反應可影響靶向腫瘤的免疫反應。一方面，免疫原性化療驅動的自噬促進抗癌免疫；另一方面，自噬也抑制免疫反應，如抑制干擾素反應，降低癌細胞抗原性，降解免疫細胞產生的顆粒酶B。因此，惡性細胞的自噬反應是抗癌免疫的核心調節因素。
脂質合成
脂肪酸合酶（FASN）是脂質生物合成的關鍵酶，其高表達與癌癥晚期及轉移相關。在卵巢癌中，高FASN與T細胞浸潤減少有關，這涉及CD36依賴的T細胞抑制、脂質驅動的T細胞交叉呈遞缺陷和Treg功能增強。CD36+ CD8+ T細胞浸潤與NSCLC患者接受免疫化療后的不良預后相關。
花生四烯酸合成
FASN活性增加促進PTGS2（COX2）相關細胞內脂滴積累，這是合成PGE2等花生四烯酸的關鍵酶。PGE2促進惡性細胞分裂，抑制免疫細胞功能，包括樹突狀細胞、自然殺傷細胞和T細胞。PGE2還上調髓系細胞CD73，類似缺氧的免疫抑制作用。MFSD2A作為內源性COX2抑制劑，減少PGE2和TGFβ1生產，繞過PD1阻斷抗性，改善TME中CD8+ CTL反應。這些觀察揭示了脂肪酸代謝與腫瘤免疫的復雜關系，為開發新治療策略提供見解。
其他代謝途徑在惡性轉化過程中，其他代謝途徑的變化也會影響抗癌免疫監視。這些途徑包括（但不限于）核苷酸和各種氨基酸的代謝（圖3）。
圖3 核苷酸和氨基酸代謝對抗癌免疫的影響。
氨酰胺代謝速率高于葡萄糖，且部分不依賴癌基因。高谷an酰胺代謝的基底細胞樣乳腺癌少發生免疫浸潤，與不良結局相關，表明有免疫抑制功能。刪除谷an酰胺酶可促進腫瘤控制。
GLS抑制可抑制癌細胞代謝，促進CTLs氧化磷酸化，驅動抗癌反應。靶向谷an酰胺代謝策略潛力高。谷an酰胺代謝影響髓系細胞，GLS抑制限制MDSCs浸潤，轉變TAMs特征。SLC38A2是潛在靶點。癌細胞谷氨an胺攝取與CD47上調相關，抑制吞噬作用。
甲硫an酸參與甲基化反應，再循環酶水平增加與T細胞耗竭相關。LAT4表達高，與T細胞競爭甲硫an酸，抑制T細胞功能。抑制LAT4和補充甲硫an酸可恢復抗癌免疫。LAT4是潛在靶點。
色an酸分解代謝由IDO1和TDO啟動，是免疫治療靶點。犬尿氨酸抑制T細胞，促進Treg分化。賴氨酸代謝在GBM中可重編程，抑制巴豆化可增強干擾素信號傳導，恢復T細胞浸潤，抑制疾病。賴氨酸代謝可能是免疫療法靶點，但機制尚不清楚。
靶向腫瘤細胞代謝針對癌細胞代謝的小分子和單克隆抗體已經開發了幾十年，目前有多種藥物正在臨床評估。越來越多的數據顯示，這些藥物中至少有一部分可以有效恢復癌癥的免疫監視，并提高腫瘤對現有抗癌療法的敏感性。這些療法不僅包括免疫療法，還包括免疫原性化療和一些靶向抗癌藥物（表1）。
表1 靶向癌細胞以恢復免疫監視的代謝抑制劑
1、葡萄糖和乳酸
在胰腺癌和肺癌模型中，Bay876抑制GLUT1增強PD1靶向ICI治療反應。但GLUT3過表達代償GLUT1抑制，提示聯合抑制GLUT1和GLUT3更有效。在黑色素瘤和結直腸癌模型中，PD1阻斷與PKF-015（PFKFB3抑制劑）協同作用，可能是PFKFB3抑制增加PDL1表達。I期臨床試驗初步結果顯示PKF-015類似物在人體中可行。但靶向葡萄糖代謝的腫瘤治療具挑戰性，需開發精準遞送策略。抑制乳酸分泌或攝取可能更可行，但MCT1抑制劑AZD3965開發工作已停止。近期研究表明，乳酸靶向策略與免疫療法有積極相互作用。
2、谷an酰胺
GLS靶向藥物Telaglenastat與放療聯用可協同治療人頭頸部鱗狀細胞癌和NSCLC異種移植瘤，但放射增敏作用是否涉及免疫激活尚不清楚。在免疫正常的黑色素瘤模型中，Telaglenastat與CTLA4和PD1阻滯劑有協同作用，表明其具有免疫刺激作用。Telaglenastat與標準化療聯用治療轉移性腎細胞癌患者安全但療效有限，降低了其開發興趣。
BCH通過LAT2抑制谷an酰胺攝取，增強多比柔星對骨肉瘤細胞的治療效果，可能與CD47下調和吞噬作用增加有關。V-9302通過ASCT2抑制谷an酰胺攝取，在三陰性乳腺癌中介導T細胞依賴的腫瘤控制，但在小鼠肺癌和結直腸癌中上調PDL1，抑制免疫反應。V-9302對抗癌免疫影響的不同觀察結果需進一步研究。
3、 色an酸
臨床前數據表明，在免疫正常腫瘤模型中，阻斷IDO1和/或TDO活性可增強免疫治療，ICIs可放大此效果。這促使開發IDO1抑制劑如epacadostat。早期非隨機臨床試驗顯示epacadostat聯合PD1阻滯劑在晚期實體瘤中安全有效。但隨機三期臨床研究表明，在晚期黑色素瘤中，epacadostat聯合帕博利珠單抗無顯著優勢。這可能因色an酸替代降解途徑存在，其在非腫瘤性疾病中介導免疫抑制。負面結果降低制藥公司興趣，但新方法如通過抑制USP14的IU1在CRC模型中恢復T細胞依賴的疾病控制。
4、 核苷酸
在多種癌癥模型中，抑制CD39、CD73和/或腺苷受體與抗癌免疫恢復和疾病控制改善相關。AB680（靶向CD73）增強小鼠胰腺癌對PD1抑制劑的敏感性，與Treg細胞減少有關。在乳腺癌模型中，靶向CD73的單抗提高放療聯合CTLA4阻滯劑的療效，與DC增加和活化有關。在三陰性乳腺癌、黑色素瘤和肺癌模型中，聚乙二醇化腺苷脫氨酶與PD1阻滯劑聯合應用也顯示類似效果。ADORA2A拮抗劑與多種免疫治療策略有協同作用。多個I期臨床試驗評估了ADORA2A或ADORA2B拮抗劑，結果鼓舞人心。兩項II期研究報告了oleclumab聯合durvalumab在NSCLC患者中的前景活性。盡管CD39阻滯劑在癌癥患者中的應用被廣泛評估，但其臨床適用性仍不確定。
5、二十烷類
PGE2抑制抗癌免疫反應，抑制COX2、PTGER2和/或PTGER4的藥理學策略在多種臨床前腫瘤模型中改善了腫瘤控制，恢復了免疫效應功能，并與ICI產生協同效應。LXR激動劑促進MFSD2A表達，可能是限制COX2依賴性免疫抑制的工具，但LXR激活也抑制STING1激活下游的I型干擾素生成。傳統COX2抑制劑有免疫抑制作用。因此，拮抗PGE2受體的藥物可能更適合恢復抗癌免疫。例如，TPST-1495作為晚期實體瘤患者的治療方法正在研究中。關于塞來xi布聯合帕博利珠單抗治療結直腸癌或直腸癌患者的其他試驗也在進行中。觀察這些研究是否能證明COX2抑制和PD1阻滯劑之間的協同作用將非常有趣。
總之，這些發現強調了代謝抑制劑不僅可以作為癌癥靶向藥物，還可以作為免疫刺激劑，與其他治療策略協同，從而恢復免疫監視的潛力。
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