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T細胞耗竭 (T Cell Exhaustion，Tex)是免疫系統在應對長期抗原暴露時的一種特殊狀態。特征是自我更新能力下降，同時上調效應細胞因子，下調共抑制分子，最終導致腫瘤免疫逃逸。
T細胞耗竭原因
1.當抗原持續存并且T細胞暴露于持續的TCR（T細胞受體）時，T細胞就會逐漸分化成一種功能低下的狀態，此過程被稱為T細胞耗竭。
2.在缺氧的腫瘤微環境中，癌細胞具有高度的代謝活性，經有氧糖酵解產生過量的乳酸使細胞外pH值降低，從而抑制T細胞功能，加速T細胞耗竭。
提問
T細胞的功能和分化與代謝途徑有著內在的聯系，通過調節TME的代謝環境能夠促進抗腫瘤免疫。溶質載體（SLC）超家族作為代謝物轉運體充當代謝的守門人，其在腫瘤浸潤的CD8* T細胞亞群中如何影響代謝，以及其表達是否影響T細胞的分化和衰竭呢？
匹茨堡大學的研究人員于2024年11月8日發表在Natur子刊Nature Immunology上的Dysfunction of exhausted T cells is enforced by MCT11-mediated lactate metabolism解答了這一問題。
研究亮點：
1. Tex細胞上調MCT11，促進其對乳酸的攝取，加速T細胞功能耗竭；
2. 阻斷MCT11，Tex細胞雖處于耗竭狀態，但表現為功能性T細胞。
實驗思路解析如下：
基于SLC超家族成員在腫瘤微環境代謝途徑中的作用，作者首先試圖確定哪些SLCs在腫瘤浸潤性Tex細胞中發揮作用。
作者通過轉錄組分析T細胞中SLCs表達情況，發現差異表達最多的是Slc16a11 (MCT11)，接著通過流式細胞術和單細胞測序分析發現在人類癌癥的Tex細胞中MCT11表達上調。SLC超家族成員負責轉運代謝產物乳酸，并且通過乳酸脈沖測量發現在高表達MCT11的Tex細胞中乳酸攝取增加。說明在Tex細胞中，MCT11上調，且促進乳酸代謝。
圖1 ：在Tex細胞MCT11上調，促進乳酸代謝
那么是什么驅動了Slc16a11的表達呢。
首先作者在LCMVC13感染小鼠的不同組織的Tex細胞中均發現了MCT11，說明T細胞耗竭往往伴隨MCT11的表達，并可能存在組織特異性因素進一步驅動此程序。接下來作者通過在小鼠中注射吡莫硝唑(一種缺氧示蹤劑)，并給予連續的TCR刺激下培養CD8*T細胞中發現MCT11表達進一步升高，提示發現缺氧可能是促進MCTI1表達的組織特異性因素。總之這些結果提示我們TCR刺激啟動Slc16a11的表達，并且缺氧通過Hifla進一步促進了MCTI1的表達。
圖2 MCT11的表達是由持續的TCR刺激驅動的
接下來，作者探究了Tex細胞中，MCT11在攝取和轉運代謝物中的作用。
首先作者在Thy1.1中過表達MCT11，發現MCTI1的過表達減少了TNF和IFNy的產生，MCT11加速了細胞衰竭。相反地，在缺乏MCTI1的T細胞中Tim3和PD1表達顯著降低，并通過流式細胞術發現Slc16allCD4小鼠的腫瘤浸潤CD8T細胞的百分比顯著增加，促進TNF，IFNy和IL-2的產生，表明T細胞功能得到改善。
緊接著，MCTII的底物乳酸在缺氧TME中含量最高，因此，作者探討MCTI1是否通過攝取代謝物乳酸促進了TME中T細胞的功能。作者通過對MCT11缺陷T細胞進行RNA測序發現，Tex細胞相關基因（如Myb、Cd83和Bcl6）表達增加，而與終末衰竭相關基因（如Eomes、Havcr2、Id2和Ccl3）表達減少。并且在給小鼠輸注吡莫硝唑后發現，MCT11的缺失導致T細胞駐留在更多的含氧區域，使得效應功能得到改善。
總之，MCT11過表達，以及MCT11介導的乳酸攝取，導致T細胞功能障礙，通過MCTI1的代謝物通量可以靶向促進CD8*T細胞介導的抗腫瘤免疫。
圖3 MCT11增強Tex細胞的功能障礙
考慮到乳酸對T細胞功能的抑制作用，作者想知道MCT11單克隆抗體是否可以阻斷乳酸攝取并促進抗腫瘤免疫。
作者發現Tex細胞中內源性MCTI1缺失促進T細胞功能，且荷瘤小鼠的腫瘤顯著減小，并延長其生存期。除此之外，作者還發現免疫檢查點抑制劑抗PD-1單抗與MCT11單克隆抗體聯合使用能夠協同增強T細胞功能。
其次，作者為了確定MCT11靶向治療是否依賴于乳酸代謝，作者通過CRISPR相關蛋白9（Cas9）敲除糖酵解基因LDHA，在葡萄糖和寡霉素處理后，發現缺乏LDHA的細胞無法進行細胞外酸化，表明MCTIl治療的療效依賴于TME中的乳酸。
以上MCT11抗體通過阻斷乳酸攝取，增強T細胞功能。
圖4.MCT11抗體阻斷可以減輕小鼠的腫瘤負荷
最后作者通過在TCR刺激和缺氧的條件下，用不同濃度的乳酸處理，發現MCT11阻斷增加了分泌TNF+和IL-2+的T細胞，說明阻斷MCT11減輕T細胞對乳酸的敏感性。同時MCT11阻斷增加腫瘤侵潤的CD8+T細胞百分比，使其功能增強，說明阻斷MCT11能夠改變T細胞功能，從而更好地支持抗腫瘤免疫。
圖5 MCT11阻斷特異性促進CD8+T細胞抗腫瘤免疫
主要發現：
1.Tex細胞中Slc16a11發生轉錄，并由組織特異性因素（缺氧）驅動表達MCT11。
2.MCT11通過攝取TME中的乳酸，加速T細胞耗竭。
3.MCT11單克隆抗體阻斷能夠特異性地恢復T細胞功能，增強抗腫瘤免疫反應，減輕小鼠腫瘤負荷。
臨床意義：
由于檢查點受體的冗余和潛在的自身免疫副作用阻斷抑制途徑，確定免疫治療的新靶點一直是一個挑戰。
在本文中，作者的研究提供了一個有吸引力的癌癥治療新靶點，即MCT11阻斷療法。與傳統的免疫檢查點阻斷療法相比，MCT11阻斷僅僅作用于代謝過程，而不是全部的T細胞，并且可以聯合使用，靶向T細胞與TME中的代謝物相互作用從而促進抗腫瘤免疫。
研究的局限性：
乳酸長期以來一直與免疫抑制有關，該研究主要討論了Tex細胞中高表達MCT11與其在TME中的代謝底物乳酸相互作用，加速T細胞耗竭。然而MCT家族作為轉運體可以運輸多種單羧酸鹽，如丙酮酸鹽、醋酸鹽、琥珀酸鹽和酮體。但是作者僅僅關注于乳酸，忽略了TME中的其他代謝物的作用。
參考文獻：
[1] Peralta, R.M., Xie, B., Lontos, K. et al. Dysfunction of exhausted T cells is enforced by MCT11-mediated lactate metabolism. Nat Immunol (2024).
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