肥胖肿瘤微环境抑制CD8 T细胞浸润和效应器功能

小五

来源:觅健 2024-06-23 01:05:59

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关键词：免疫治疗

张涤非医术侃医 2024-06-20 22:00 吉林听全文

原文出处：Dyck L, Prendeville H, Raverdeau M, et al. Suppressive effects of the obese tumor microenvironment on CD8 T cell infiltration and effector function [published correction appears in J Exp Med. 2022 Mar 7;219(3). doi: 10.1084/jem.2021004202072022c]. J Exp Med. 2022;219(3):e20210042. doi:10.1084/jem.20210042

研究背景：

超重和肥胖影响全球40%成年人的健康。肥胖可以直接导致肿瘤的转化和进展，也可通过抑制抗肿瘤免疫而间接促进肿瘤的发生。现有研究表明，在已经形成的肿瘤中，通常发现CD8 T细胞功能失调或“衰竭”。如今，癌症免疫治疗和免疫检查点阻断疗法(ICB)很可能成为多种癌症治疗的方案；然而，仍有相当大比例的患者对基于ICB的治疗没有反应。因此，有必要确定可能影响免疫治疗反应性的因素。考虑到肥胖诱导了NK细胞的代谢性瘫痪，作者假设CD8 T细胞的反应也可能会受到类似的影响。此外，ICB可能部分通过代谢途径的再激活发挥作用，肥胖条件下的免疫细胞可能对ICB没有反应。因此，本研究的目的是研究肥胖对CD8 T细胞适应性免疫反应的影响。

研究结果：

1.高脂饮食诱导的肥胖促进肿瘤生长并减少肿瘤浸润淋巴细胞

HFD 9周后，小鼠体重显著增加(图1 A)。给小鼠注射MC38结肠癌细胞，并且在肿瘤接种后7天，用HFD喂养的小鼠的肿瘤体积显著大于用标准脂肪饮食(SFD)喂养的小鼠，并且肿瘤生长进展更快(图1B和C)。肥胖小鼠B16-F10肿瘤出现类似结果(图1 E)。用HFD喂养小鼠中的MC38肿瘤浸润性总白细胞(CD45+)和CD8 T细胞的密度显著降低；CD4和NK细胞略减少(图1 D)。类似地，在B16-F10肿瘤中，HFD喂养小鼠的总浸润性白细胞、CD8 T细胞、CD4 T细胞和NK细胞的数量显著减少(图1 F)。这些发现表明，肥胖促进多种肿瘤模型中的肿瘤生长，并抑制肿瘤中免疫细胞的浸润和/或免疫细胞的持续存在。

此外，作者还检测了B16-F10肿瘤中组织驻留免疫细胞的比例。结果显示肥胖小鼠的肿瘤驻留白细胞和CD8 T细胞的百分比明显低于瘦小鼠(图2A和B)。在肿瘤诱导后的第11天，总肿瘤和肿瘤组织中的CD8 T细胞略减少，但肿瘤血管中的细胞数量没有差异(图2 C)。然而，在肿瘤诱导后第14天，肥胖小鼠的总肿瘤、肿瘤组织和肿瘤循环中的CD8 T细胞数量减少(图2C)。这些发现表明，在肿瘤诱导后的第11天，肥胖小鼠的T细胞外渗受损，并且在第14天，T细胞向肿瘤部位的募集受到显著抑制。作者进一步发现CD8 T细胞在HFD小鼠中表达的CXCR3和CD49d水平低于SFD小鼠(图2D和E)。此外，在HFD小鼠的B16-F10肿瘤中，CXCR3配体Cxcl9和Cxcl10的表达显著降低(图2F)。这些结果表明，肥胖可以通过抑制肿瘤转运等相关分子的表达，减少了浸润性免疫细胞的数量。

2.肥胖损害肿瘤中CD8 T细胞效应器功能

在MC38模型中，肥胖导致IFN-γ+、双表达IFN-β+TNF+、和GzmB+CD8 T细胞减少，肥胖小鼠的CD8 T细胞增殖减少(图3A和B)。B16-F10肿瘤模型中CD8 T细胞出现类似的结果(图3C)。在B16-F10和MC38模型中，IFN-γ的表达随着肿瘤大小的增加而降低；即使在相同的肿瘤大小下，在两种肿瘤模型中，肥胖小鼠的IFN-γ表达均低于瘦小鼠(图3D)。与肿瘤循环中的CD8 T细胞相比，当CD8 T淋巴细胞进入瘦小鼠和肥胖小鼠的B16-F10肿瘤组织时，PD-1显著上调(图3E)。CD8 T细胞在肿瘤中表达的PD-1水平显著高于初始LN和dLN(图3F)。同时PD-1的表达水平在肥胖小鼠的CD8 T淋巴细胞中显著降低(图3G)。此外，肿瘤中CD8 T细胞中的免疫检查点LAG-3、TIM-3、TIGIT和2B4上调，在瘦小鼠和肥胖小鼠之间没有差异表达(图3H)。此外，在瘦小鼠和肥胖小鼠的CD8 T细胞中未发现转录因子TCF-7、TOX、Eomes或T-bet的表达有任何显著差异(图H)。瘦小鼠和肥胖小鼠中的CD45+细胞(白细胞)表达相同密度的PD-L1，而CD45−肥胖小鼠中的细胞(肿瘤细胞/基质)表达的PD-L1水平低于瘦小鼠(图3I)。总之，肥胖通过加速免疫检查点驱动的T细胞衰竭以外的机制促进免疫抑制肿瘤表型。

3.肥胖诱导的CD8 T细胞功能缺陷与氨基酸代谢受损相关

作者发现肥胖小鼠B16-F10肿瘤中CD8 T淋巴细胞的LipidTOX MFI显著降低(图4A)。CD8+脂质毒素的减少与肿瘤大小的增加相关，脂质毒素染色与IFN-γ的产生呈正相关(图4B和C)。在MC38模型中，在瘦小鼠和肥胖小鼠之间，未观察到肿瘤中CD8 T细胞中脂质毒素荧光强度的差异(图4D)。另外，肥胖小鼠MC38肿瘤中CD8 T细胞的SLC7A5活性显著降低的(图4E和F)。此外，CD98的表达在来自肥胖小鼠肿瘤的CD8 T细胞上减少(图4G)。肥胖小鼠的CD8 T细胞中mTOR信号下游的S6磷酸化也显著减少(图4H)。此外，Ki-67、IFN-γ和pS6的表达与犬尿氨酸摄取呈正相关(图4I)。作者分析了血清中的代谢组，发现SFD和HFD喂养的小鼠形成了两个非常不同的群(图4J)。当仅筛选氨基酸时，SFD和HFD小鼠再次显著地分离(图4K)。在HFD喂养的小鼠中，谷氨酰胺含量降低(图4L)。当在体外将谷氨酰胺重新替代脾CD8 T细胞时，能够恢复CD8 T淋巴细胞增殖和IFN-γ、GzmB和pS6的表达(图4M)。这些发现表明，肥胖导致CD8 T细胞功能缺陷。

4.免疫疗法可抑制瘦鼠和肥胖鼠的肿瘤生长

在肿瘤接种后第7、11和14天，给小鼠喂食SFD或HFD，并注射MC38肿瘤，然后注射抗-PD1(图5A)。HFD小鼠的肿瘤生长明显快于SFD小鼠(图5B)。注射抗-PD1导致80%的SFD喂养小鼠和100%的HFD喂养小鼠的肿瘤完全消退(图5C)。在肿瘤消除2个月后，用MC38肿瘤细胞再次激发，此时的瘦小鼠和肥胖小鼠均完全免受肿瘤生长的影响(图5D)，表明存在免疫记忆，这不受肥胖的影响。在肿瘤诱导后的第2天和第9天用抗PD-1治疗小鼠，并在第3天和第10天用热休克/γ-辐射(hs/irr)肿瘤细胞和TLR7激动剂R848接种小鼠(图5E)。与MC38模型类似，抗PD-1疫苗组合（PVAX）显著降低了SFD和HFD喂养小鼠的B16-F10和CT26肿瘤生长，延长了存活时间(图5F-H)。这些发现表明，尽管HFD诱导的肥胖促进了肿瘤生长，但它不会损害使用不同免疫治疗方案的免疫治疗效果。

5.免疫疗法可以部分恢复与肥胖相关的CD8 T细胞功能缺陷

作者在肿瘤诱导后第10天注射抗PD-1，并在治疗后第2天分析TILs。在瘦小鼠中，抗PD-1治疗显著增加IFN-γ、犬尿氨酸摄取、CD98和GzmB表达；在肥胖小鼠中，犬尿氨酸的摄取增多，GzmB表达增加，但未检测到IFN-γ、CD98或pS6的显著差异(图6A和B)。PD-1阻断后，犬尿氨酸摄取和GzmB表达的变化与肿瘤大小相关，在相同大小肿瘤中，犬尿氨酸摄取和GzmB的水平超过对照小鼠(图6C)。在B16F10荷瘤小鼠中，PVAX处理导致瘦小鼠和肥胖小鼠在两剂治疗后第15天的促炎性CD8表型有效恢复(图6D)。此外，原始表型(CD62L+CD44−)的CD8 T细胞比例显著下降，免疫治疗后肥胖小鼠肿瘤中的效应器记忆样表型(CD62L−CD44+)增加(图6D)。这些发现表明，免疫治疗后肿瘤生长的减少与CD8 T细胞功能的部分恢复相关。

6.肥胖对人类癌症免疫细胞浸润的影响

作者检测了24名患有或不患有肥胖患者肿瘤和浸润前期(IF)中CD3、CD8和PD-L1的表达。发现，在子宫内膜肿瘤的IF内，随着BMI的增加，CD8 T细胞的表达显著降低，而总CD3表达无显著减少(图7A和B)，PD-L1综合得分也显著降低（图7B）。作者进一步评估了一组连续接受代谢手术的减肥患者。在9名患者中，垂直袖状胃切除术(VSG)导致6个月内体重显著减轻(图8A)。6名患者的体重减轻与肿瘤消退相关，2名患者病情稳定，而仅有1名患者进展(图8B)。在一名患者减肥过程中获得纵向肿瘤活检，手术前，患者体重177kg，肿瘤PD-L1染色阴性，CD8（43个CD8/mm2肿瘤）和CD3（271个CD3/mm2肿瘤）（图8C）。术后体重从手术时的176公斤到3个月后的158公斤，6个月后到151公斤，肿瘤内的CD 3+和CD8+细胞显著增加，在肿瘤中检测到PD-L1+免疫细胞，此时患者体重减轻15%（图8C和D）。这些发现强调，子宫内膜癌患者的体重减轻可能通过恢复免疫细胞浸润而导致肿瘤消退。

研究结论：

肿瘤细胞对HFD的适应会由于脂肪酸的改变和局部必需代谢物的消耗而导致T细胞功能障碍。ICB可能部分通过代谢途径的再激活发挥作用，肥胖条件下的免疫细胞可能对ICB没有反应。这些发现突显了肿瘤内局部代谢的复杂性，并说明肿瘤内细胞群之间的代谢相互作用是对肿瘤进行免疫调控的一个重要因素。

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