清华团队发现肿瘤免疫逃逸新机制，或能清除CAR-T治疗中的重要障碍

近日，清华大学教授江鹏携手合作者发现一种肿瘤免疫逃逸的新机制，这为延胡索酸的免疫调节作用带来了新认识，能为肿瘤的免疫治疗提供潜在指导。

(相关资料图)

这项工作属于基础型研究，目前处于概念性阶段。但是，课题组也在积极思考并努力开发其应用价值。目前来看，本次成果有望用于 CAR-T 疗法或癌症药物的开发。

图 | 江鹏（来源：江鹏）

延胡索酸既能促进肿瘤细胞的增殖，又能抑制浸润性 T 细胞的激活。通过增加延胡索酸水合酶的表达来消耗这种代谢物，可能是一种非常有吸引力的肿瘤治疗策略。

在白血病的临床前小鼠模型中，该团队发现延胡索酸水合酶的过表达，可以增强抗 CD19 CAR-T 细胞的抗肿瘤能力。

目前，CAR-T 疗法针对实体瘤的治疗效率较低，主要是因为受到微环境的抑制。因此，与检查点阻断疗法进行联合治疗，有让实体瘤实现治愈。

另外，有研究表明延胡索酸水合酶的功能可能具有组织特异性。在充分考虑这一因素的情况下，本次成果很有希望提高临床增强延胡索酸水合酶表达的 CAR-T 细胞，并有可能解决 CAR-T 治疗中的一个巨大障碍。

（来源：Cell Metabolism）

代谢和免疫，是机体生存最基本的需求。要想维持正常的生理功能，就需要体内代谢保持平衡与稳定。

而代谢重编程被认为是癌症的一个重要标志之一，它能助推癌细胞的存活、增殖和转移。

和癌细胞一样的是，免疫细胞同样依赖于微环境中的某些营养物质来生存、激活以及运行功能。特别是 T 淋巴细胞的活化、生长和增殖、效应功能和稳态恢复，都会受到细胞代谢动态变化的影响。

当肿瘤微环境中发生代谢改变之时，就会产生免疫抑制代谢物，从而抑制免疫细胞的浸润和激活。

因此，细胞里的代谢重编程已经成为肿瘤研究领域的热点。越来越多的研究发现，无论是在肿瘤发生与发展的过程中，还是在免疫细胞的激活过程中，代谢重编程都发挥着重要作用。

例如，对于活化的 T 细胞来说，它利用糖的酵解来提供能量和大分子的合成。而对于T 细胞的激活和增殖来说，一些氨基酸比如谷氨酰胺、天冬酰胺，还有一些脂质分子比如脂肪酸都起着重要作用。

由于代谢需求和 T 细胞的功能，都和肿瘤微环境密切相关。因此，对于 T 细胞的抗肿瘤功能来说，它很容易受到肿瘤微环境营养成分和组成变化的影响。另外，肿瘤微环境中积累的代谢物，也会影响 T 细胞的功能。

（来源：Cell Metabolism）

根据此前报道，糖酵解产生的乳酸、以及肿瘤细胞坏死产生的钾离子的增加，都会影响 T 细胞的抗肿瘤能力。也有研究证明在诱导 T 细胞的功能障碍中，脂质积累起着关键作用。

对于代谢需求和变化给 T 细胞带来的影响，尽管已被研究得愈发清晰。但是，代谢到底如何通过操纵微环境，来帮助肿瘤细胞逃避 T 细胞杀伤的？关于这方面的报道仍然非常有限。

延胡索酸水合酶（fumarate hydratase，FH），是三羧酸循环中的一种代谢酶，它能催化延胡索酸生成苹果酸。

延胡索酸水合酶的缺失，则会引起延胡索酸的异常积累，从而导致线粒体功能和细胞代谢的改变。

临床发现，延胡索酸水合酶的缺乏会导致遗传性平滑肌瘤病和肾细胞癌。此外，在乳腺癌、膀胱癌和睾丸癌患者体内，人们也发现了延胡索酸水合酶的突变。而且，在多种癌症的发生发展中，延胡索酸水合酶的缺失都起着关键作用。

但是，在肿瘤细胞之中延胡索酸水合酶的表达或功能失调，是否会影响肿瘤微环境和肿瘤免疫逃逸依旧是一个未知数。

而在本次研究里江鹏和合作者首次发现了如下机制：来自肿瘤的延胡索酸，能通过调控CD8⁺T细胞，来增强肿瘤细胞的免疫逃逸。由于肿瘤的特异性，当延胡索酸水合酶缺失时，会导致延胡索酸的积累，并能抑制肿瘤浸润性 CD8⁺T细胞的活化功能和效应功能。

所以，对于肿瘤细胞和肿瘤浸润的 T 细胞来说，延胡索酸是它们之间的关键通讯因子。

此外，体内外实验结果表明，激酶 ZAP70 是延胡索酸的天然感受器。这能带来的提示是：在感知代谢和微环境变化上，ZAP70 可能拥人类尚未知晓的新功能。

对于了解 ZAP70 的生物学功能，这一提示可以带来新的视角。相信之后也会有更多的研究，来揭示延胡索酸在肿瘤中的调控功能，从而为免疫治疗提供理论基础。

一直以来，江鹏课题组对于代谢物的感知非常感兴趣。在本次研究的前期，该团队的程洁博士和严金鑫同学，通过大量实验发现三羧酸循环循环中的代谢物延胡索酸，可能具有影响免疫细胞效应能力的作用，从而能在体外显著抑制免疫细胞比如 B 细胞和 CD8⁺T细胞的激活。

反复确定这一表型之后，她们做了一系列的小鼠肿瘤实验来对上述发现进行确定。

同时，该团队还与生物信息领域的合作者，联合开展病人大数据的分析。对于 CD8⁺T细胞的调控而言，生信数据表明在癌症患者中延胡索酸水合酶的表达，与病人的存活率以及 CD8⁺T细胞产生的细胞因子的表达均呈正相关。

（来源：Cell Metabolism）

小鼠实验结果证明：肿瘤特异性缺失延胡索酸水合酶，进而会抑制 CD8⁺T细胞的抗肿瘤功能。这些发现极大地激发了他们的探索兴趣，并驱使他们进一步研究延胡索酸水合酶的缺失，为何与病人中 CD8⁺T细胞的功能有关系。

随后，课题组通过构建延胡索酸水合酶缺失的黑色素瘤小鼠模型，借此发现肿瘤中延胡索酸水合酶的缺失，导致其代谢底物延胡索酸的积累，从而抑制了 CD8⁺T细胞的功能。

在更早之前的研究里，他们发现天冬酰胺能和 TCR 信号通路上的激酶 LCK 结合，从而能对 LCK 的活性进行调节，进而影响 T 细胞的激活、分化以及抗肿瘤的能力。

另外，延胡索酸还能通过琥珀酸化 BCR 信号通路上的 LYN，来抑制 B 细胞的激活和功能。

利用类似的研究策略，他们将目光聚焦到 TCR 信号通路上，结果惊奇地发现延胡索酸也能调控 TCR 信号通路，并能显著抑制 ZAP70 蛋白及其下游蛋白的活性。

分子生化实验和质谱结果表明，这种抑制作用同样是通过延胡索酸琥珀酸化来实现的。

（来源：Cell Metabolism）

随后，他们利用质谱的手段，鉴定到琥珀酸化 ZAP70 的关键活性位点：C96 和 C102。在该位点上，他们敲入小鼠做进一步的验证，最后将其应用到 CAR-T 细胞中。

最终，相关论文以《癌细胞来源的延胡索酸抑制 CD8⁺T细胞在肿瘤微环境中的抗肿瘤能力》（Cancer-cell-derived fumarate suppresses the antitumor capacity of CD8+ T cells in the tumor microenvironment）为题发在 Cell Metabolism（IF 31.4）上。

程洁、严金鑫、北京大学博士后刘莹、以及武汉科技大学的史江舟是共同一作；清华大学生命学院江鹏教授、武汉科技大学祝海川教授、以及北京大学张新祥教授担任共同通讯作者[1]。

图 | 相关论文（来源：Cell Metabolism）

基于针对延胡索酸对 B 细胞和 T 细胞产生的不同抑制作用的研究，江鹏团队将深入探究延胡索酸的免疫调控功能，希望能将肿瘤、代谢和免疫三者联系起来，以便研究不同免疫细胞之间的组合和调节对于肿瘤的杀伤作用，进而深入探究肿瘤发生和逃逸的新机制。

参考资料：

1.Cheng, J., Yan, J., Liu, Y., Shi, J., Wang, H., Zhou, H., ... & Jiang, P. (2023). Cancer-cell-derived fumarate suppresses the anti-tumor capacity of CD8+ T cells in the tumor microenvironment.Cell Metabolism,35(6), 961-978.

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