文献解读:增强CD8+T细胞脂肪酸分解代谢可提高黑色素瘤免疫疗效

在具有代谢障碍的肿瘤微环境中增强CD8+T细胞脂肪酸分解代谢可提高黑色素瘤免疫治疗的疗效

Enhancing CD8+ T Cell Fatty Acid Catabolism within a Metabolically Challenging Tumor Microenvironment Increases the Efficacy of Melanoma Immunotherapy

JournalCANCER CELL    IF=23.523  

CD8+T细胞在肿瘤组织中受损与其抗原特异性无关

 

为了检验CD8 TIL的命运是否取决于持续的抗原刺激,作者在可移植的小鼠黑色素瘤模型中使用了两种疫苗。AdC68-gDMelapoly是一种基于腺病毒(Ad)的疫苗,主要引起黑色素瘤相关抗原(MAA)特异性CD8 + T细胞对Trp-1455-463表位的反应。Adc 68-gDE 7刺激机体产生针对人乳头瘤病毒E7特异性的CD8+T细胞。
 

 

用AdC68-gDmelapoly和AdC68-gDE7混合接种B16BrafV600E肿瘤小鼠和正常小鼠。从图中可以看出,疫苗接种能延迟肿瘤进展。
 
 

 

将肿瘤、正常脾脏、接种肿瘤细胞的脾脏组织进行对比后可发现,MAA-和E7特异性CD8 T细胞均在肿瘤内积聚,在肿瘤中的聚集¬速度快于周围。疫苗接种后第10~30天MAA特异性CD8 TIL下降90%以上,而E7特异性CD8 TIL则下降80%。
 
将溴脱氧尿苷掺入脾脏组织和肿瘤组织中,用于标志来自Spl和肿瘤的抗原特异性CD8 + T细胞中的百分比。结果发现,MAA特异性CD8-TIL数量显著减少,尽管它们在进入肿瘤之前或在TME内增殖。
通过显示PD-1和LAG-3的平均荧光强度(MFI)和直方图来揭示PD-1和LAG-3在肿瘤组织和脾脏组织中随时间的变化。PD-1和LAG-3都是免疫耗竭程度的标志物。从图中可以观察到,随着肿瘤的进展,无论在MAA-特异性还是E7-特异性CD8 T细胞,PD-1和LAG-3的表达都有所增加。
作者接下来对比了第30天与第14天的肿瘤组织和脾脏组织样品,发现随着肿瘤的进展,两种抗原特异性CD8+T细胞对颗粒酶B (GrmB)、穿孔素和干扰素γ的表达降低,揭示了CD8+T细胞的功能受损。

 

在肿瘤进展期间,大多数疫苗诱导的MAA特异性和E7特异性CD8 + T细胞仍为CD44hi CD62Llo CD127lo KLRG1hiKLRG1是具有细胞内免疫受体酪氨酸基抑制基序(ITIM)的抑制性C型凝集素。KLRG1与E-钙粘蛋白的结合抑制了T细胞的细胞因子产生和增殖。此外,随着时间的推移,来自脾脏和肿瘤的特定T细胞中T-bet(在Th1细胞上特异性表达)和Eomes的水平降低。T-bet或Eomes大量表达可有效 诱导CD8+T细胞上IFN-γ、穿孔素和颗粒酶表达上调,缺失后则下调表达。

肿瘤组织中T细胞的代谢

接着,作者研究肿瘤进展期间CD8 + TIL的代谢变化。在肿瘤进展期间,MAA和E7特异性CD8 + TIL丧失线粒体膜电位(MMP)(供能减少),并增加线粒体活性氧(MROS)的水平(损伤核酸、氨基酸及生物膜等)。
MMPloMROShi在第30天肿瘤中的MAA-特异性CD8 + TILs变得普遍,而来自脾脏的相应CD8 + T细胞在很大程度上仍表达为MMPhiMROSlo
由于MMP和MROS水平与细胞大小密切相关,所以作者接下来探讨随着时间的推移,在肿瘤组织和脾脏组织中的CD8 + T细胞大小比较。代表性流程图显示了在SSC上进行FSC选通时的细胞子集叠加,证明MMP和MROS水平的变化并不是由于细胞大小的差异所致。
接着,作者从微观角度揭示CD8 + T细胞的变化。电子显微镜显示,来自晚期肿瘤的CD 44、CD8、TILs中的线粒体失去了典型的棒状结构。与脾脏T细胞相比,它们显示的膜和嵴不清楚。证实CD8 TIL在肿瘤生长过程中经历线粒体应激从而导致线粒体的损伤。
 

缺氧通过 HIF-1α增加 LAG-3 的表达和损伤 T 细胞的功能
MAA-和e7特异性CD8+ TILs在肿瘤进展过程中受到缺氧影响,表现为缺氧诱导因子1a (HIF-1a)的增强表达,HIF-1a是细胞对缺氧反应的主要转录调节因子,其下游靶基因Glut1则可促进Glc的摄取。
为了研究 HIF-1a 信号如何影响 CD8+ TILs,本文激活了 HIF-1a 体外培养的 CD8+ T 细胞, 经慢载体转导后,转移到荷瘤小鼠 adc68 – gdmel 免疫小鼠体内,并在3周后分析了大小相似的肿瘤转移的T细胞。
本文分析了转移的 T 细胞。HIF-1a KD 在细胞转移后保持稳定。在不影响PD-1的情况下降低MAA特异性CD8 + TILs对LAG-3的表达。
HIF-1a KD在细胞转移后保持稳定,可改善其效应子功能,包括多功能性。
转导的Thy1.1 + OT-1细胞转移到带有5天B16OVA肿瘤的小鼠中。
HIF-1a shrna 处理 OT-1 转移的小鼠肿瘤进展延迟。
HIF-1a KD可减少LAG-3,而未改变TIL表达PD-1,增加了T-bet的数量和T细胞对于效应分子的表达。
比较HIF-1a shRNA与Co转导的OT-1 CD8 + TIL的转录水平,发现糖酵解的转录本水平下降,TCA周期的转录本水平增加。
具有HIF-1a KD的TIL会降低Glut1,但会增强过氧化物酶体增殖物激活受体a(PPAR-a),这是一种促进FA分解代谢和摄取FA的关键转录因子,可以促进 FAs 的分解代谢和摄取。
 

缺乏葡萄糖(Glc)和低氧的活化的 CD8+T 细胞增强脂肪酸分解代谢

图4A
对比血浆,早期和晚期B16BrafV600E肿瘤中的Glc浓度可以发现,TME在肿瘤进展过程中不仅O2下降,Glc也下降。
图4B
为了研究glc-和O2-缺乏的CD8 T细胞所使用的代谢途径,作者测量了参与营养消耗和能量生产的因素的转录本。在短期缺氧时,在低血糖培养基中的CD8 + T细胞会降低糖酵解,TCA循环,ROS排毒和电子转运链等因素的转录。
 
用 AdC68-gDMelapoly 和 AdC68-gDE7 接种 3 天肿瘤小鼠。发现给 13C6-Glc 或 13c16 -棕榈酸酯 14 或 30 天后,糖酵解中间产物的强度下降。

 

接着,作者用13C16-棕榈酸酯进行体内追踪。
与第14天肿瘤相比,30天后CD 44 CD8 T细胞中酰基肉碱种类和酮体增多。作者还计算13C6-Glc-和13C16-棕榈酸酯衍生的碳对柠檬酸和苹果酸的相对贡献,通过将13C16-棕榈酸酯的标记碳数除以13C6-Glc的数字计算得出。发现FA衍生碳对 TCA 循环代谢物的相对贡献保持稳定或下降。在 ot1 细胞转移模型中,与第14天肿瘤或第30天脾脏相比,来自晚期肿瘤的活化CD8 + TIL显示出更高水平的13C16-FA衍生碳掺入TCA循环代谢产物和棕榈酰肉碱。说明晚期肿瘤组织中的CD8+ TILs对脂肪酸的分解利用增多。
在第30天的b16 ova肿瘤中,OT-1 TIL中棕榈酰肉碱和酮小体的强度显著升高。
B16BrafV600E肿瘤、小鼠的黑色素瘤、人的黑色素瘤间质液中游离脂肪酸的丰度越来越高,进一步支持了TILs中FA分解代谢的增强。
作者测试从黑色素瘤患者中分离出的CD8 TIL是否表现出对FA分解代谢的更强的依赖。健康献血员和切除的黑色素瘤转移瘤患者的外周血淋巴细胞被染色,并被标记到原始细胞、效应器、效应记忆(TEM)和中央记忆(TCM)CD8 T细胞亚群上。发现与循环 CD8+ T 细胞相比,CD8+ TILs 在TEMs中升高,在幼稚细胞和效应细胞中降低。
作者分析了每个T细胞亚群的PD-1的表达和参数指示FA分解代谢。抗原反应性TILs的pd-1水平高于血液中的CD8 T细胞。与相应的外周血单个核细胞群体相比,TEM和TCM的CD8 TILs表达更高水平的PPAR-a和CPT1A。
 

PD-1 抗体减缓肿瘤进展而不改变 CD8+T 细胞的代谢和功能

荷瘤小鼠接种a-pd-1或同类型对照。当使用相同的抗体(29F.1A12)进行治疗和检测时,a-PD-1减少PD-1染色,但是针对针对不同PD-1表位的Ab RMP1-30染色时,a-PD-1减少PD-1染色。α-pd-1处理提高p-Akt水平。
与同等处理的小鼠相比,肿瘤第30天CD44+ CD8+ T细胞中的13C6-Glc或13c16 -棕榈酸盐对TCA循环代谢物的贡献和酮体的强度几乎没有变化。表明α-pd-1处理阻断了PD-L1 / PD-L2与PD-1的结合而不影响TA特异性CD8 + TIL的分化和代谢,
作者同样研究了CD8+ T细胞的功能变化,发现CD8 + TIL的功能未有显著性的变化,说明α-pd-1处理阻断了PD-L1 / PD-L2与PD-1的结合而不影响TA特异性CD8 + TIL的功能。
此外,通过研究不同组别的(α-pd-1处理或同型对照处理)肿瘤进展,作者发现α-pd-1能延缓接种、未接种或免疫缺陷的NSG小鼠的肿瘤进展。
接着,作者评估 a-PD-1 疗效是否依赖于 PD-L1。所使用的方法是将 PD-L1HI或 PD-L1LO 肿瘤细胞按 1:1 的比例混合后,腹腔注射到 14 天前接种 AdC68-gDMelapoly 疫苗的 C57BL/6 小鼠或无接种疫苗的小鼠体内。各组小鼠在接种肿瘤前均接受 a-PD-1 或者 isotype Ab 处理,1 天后从腹腔分离。
作者首先研究了肿瘤细胞最初所表达的PD-1和PD-L1水平,发现B16 BrafV600E肿瘤细胞PD-1表达水平低,但PD-L1高阳性。
 
为了评估a-PD-1治疗是否以PD-L1依赖性方式诱导肿瘤细胞死亡,作者敲低了肿瘤细胞中的PD-L1。
接着,作者比较在用Iso或α-PD-1mAb治疗的接种或未接种小鼠中PD-L1hiCTVhiPD-L1loCTVlo肿瘤细胞的存活率的体内测定。将Pd-L1hi或Pd-L1lo肿瘤细胞按1:1比例混合,腹腔注射给14天前接种Ad-gDMelapoly的C57BL/6小鼠或小鼠。各组小鼠在肿瘤细胞攻击前均给予a-Pd-1或抗同型抗体治疗。1天后从腹腔分离细胞。发现在未接种或接种疫苗的同位素处理小鼠中,大部分已恢复的肿瘤细胞为PD-L1hi
B16 OVA肿瘤也是pd-1lo,但pd-l1阳性。
在PD-L1 KD之后,将相等数量的PD-L1hi和PD-L1010 B16OVA细胞转移到也接受体外活化的OT-1 CD8 + T细胞的a-PD-1-或同种型Ab治疗的小鼠中。
研究在Iso或a- pd -1处理的小鼠中,PD-L1hiCTVhi与PD-L1loCTVlo B16OVA细胞的正常存活率。发现PD-L1hi肿瘤细胞在α-PD-1的存在下,再一次显示出同型Ab治疗组的生存优势。
 

增加的脂肪酸分解代谢对维持 CD8+T 细胞的功能是必要的

为了评估FA分解代谢增加对CD8+TILs的影响,作者接种了CD90.2+小鼠与CD45相适应,并用FF(CD45.1小鼠)或稀释液(CD45.2小鼠)对其进行治疗。脾细胞以1:1的比例混合来自两组供者的MAA特异性CD8 T细胞,并转移到接种肿瘤的CD 90.1受体中。
用FF或稀释剂处理的小鼠的供体来源的MAA和E7特异性CD8 + T细胞显示出分化标记物的可比表达,表明FF不会明显影响记忆形成。FF处理的细胞会同时增加PD-1和T-bet的表达,并且CD8 + T细胞显示出更高功能的趋势。
与稀释处理的CD 44 CD8 TILs相比,FF处理的CD 44 CD8 TIL的转录本与FA分解代谢相关的因子增强。
MAA-和E7特异性FF处理的CD8 TIL均显示pd-1增加。
MAA-和E7特异性FF处理的CD8 TIL均显示pd-1功能明显高于对照组。
将脾脏细胞从接受FF或稀释剂处理的小鼠转移到单独的荷瘤宿主队列中后,前者会明显延迟肿瘤的进展,证实FA分解代谢增强可改善CD8 TIL的功能。
为了检验FF诱导的PD-1增加是否影响CD8-TIL功能,作者用FF或稀释剂免疫供体小鼠。在将脾细胞转移到不同的荷瘤小鼠组后,作者用a-pd-1或同类型对照对受体进行了治疗。
结果发现:FF治疗供体和α-pd-1治疗都延缓了肿瘤的进展;它们起协同作用,完全阻止50%接种小鼠的肿瘤生长。
PD-1阻断仅对衍生自任一组供体小鼠的MAA特异性CD8 + TIL的功能产生微妙影响,但显着增加了源自FF治疗的供体的单功能E7特异性CD8 + TIL的频率。
在第20天的肿瘤中,FF或稀释剂处理的供体来源的OT-1T ILs显示出类似的PD-1表达情况。
在FF预处理后,CD8 + TIL对于GrmB和/或IFN-γ的表达增加。
在用FF预处理后,FF组别的肿瘤进展明显延迟。
为了进一步研究FA分解代谢的作用,作者在体外刺激pPAR-a基因敲除(Ko)小鼠的CD8 T细胞,并与野生型小鼠进行比较。在低氧条件下,pPAR-a ko中参与tca周期和脂代谢的大多数因子转录本高于野生型 CD8+T细胞。
 
对比在不同条件下培养的PPAR-a KO与WT激活的CD8 + T细胞上PD-1表达,发现Gal培养的pPAR-a ko CD8+T细胞PD-1表达低于野生型CD8+T细胞。
Gla培养的PPAR-a ko CD8+T细胞表现出较低的功能和多功能。这些数据表明,当进入GLC受到限制时,FA分解代谢是维持CD8 T细胞功能所必需的。
作者在过继转移系统中探索了减少FA分解代谢对疫苗诱导的TILs的影响,在过继转移系统中,来自接种过的PPAR-α – KO和野生型小鼠的脾细胞以1:1的比例混合MAA-特异性CD8+ T细胞,共同转移到接种过疫苗的荷瘤小鼠体内。
发现,在3周内,PPAR-α ko与野生型供体来源的CD44+CD8+TILs比较,显示出FA分解代谢减弱的转录特征。
与野生型对照组相比,疫苗诱导的、供体衍生的PPAR-α ko CD8+TILs 的PD-1表达较少。
与WT对照组相比,疫苗诱导的、供体衍生的PPAR-a ko CD8+TILs的PD-1多功能性也较低。这些数据共同证实了PPAR-a促进的FA分解代谢从而保持了CD8-TIL的效应功能。
文献解读

文献解读:IL-17在肿瘤发展中的作用-1

2019-12-28 16:51:34

文献解读

文献解读:microRNA与神经母细胞瘤相结合

2019-12-28 17:36:53

0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索