Cancer Cell | GLUT5工程化T细胞利用果糖增强抗肿瘤活性

摘要：近年来免疫疗法的兴起为肿瘤治疗带来了希望的曙光，但是肿瘤微环境（TME）的代谢状态却非常不利于免疫细胞生存，削弱了它们的抗肿瘤功能【1,2】。许多癌细胞携带磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信号通路的突变，导致糖酵解增强，从而消耗大量葡萄糖，使 TME

撰文 | Sure

近年来免疫疗法的兴起为肿瘤治疗带来了希望的曙光，但是肿瘤微环境（TME）的代谢状态却非常不利于免疫细胞生存，削弱了它们的抗肿瘤功能【1,2】。许多癌细胞携带磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信号通路的突变，导致糖酵解增强，从而消耗大量葡萄糖，使 TME 处于葡萄糖缺乏状态【3,4】。效应T细胞严重依赖糖酵解以维持其功能，但是TME中葡萄糖的缺乏使得T细胞功能受限【5】。例如在临床中，高糖酵解率的黑色素瘤和非小细胞肺癌（NSCLC）对过继 T 细胞疗法的耐受性更强。因此，如果可以在 TME 低葡萄糖的情况下提高 T 细胞的营养供给，就有可能恢复其糖酵解功能，从而增强免疫疗法的效果。

近日，来自美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心的Kayvan R. Keshari在Cancer Cell上发表了论文Metabolic engineering to facilitate anti-tumor immunity。在本研究中，作者利用工程化改造免疫细胞的糖酵解代谢，使其克服葡萄糖匮乏的肿瘤微环境障碍，并增强免疫疗法的效果。

近年来，饮食习惯使得果糖的摄入量大幅增加。在大多数癌症中，果糖特异性转运体GLUT5的表达较低，果糖摄取速率慢，因此癌细胞通常无法像葡萄糖那样有效的驱动糖酵解【6,7】。基于这种情况，作者假设如果能让T细胞、CAR-T细胞和巨噬细胞适应果糖代谢，并补充摄入果糖，它们可能在TME中维持糖酵解，从而提升免疫治疗的效果。作者通过逆转录病毒在小鼠OT-I T细胞中过表达GLUT5，并用同位素标记的13C果糖或葡萄糖进行代谢追踪，研究发现过表达GLUT5的T细胞可将果糖代谢为乳酸，这表明GLUT5介导的果糖摄取在T细胞中是发挥正常功能的。在体外与B16-OVA黑色素瘤细胞共培养时，低葡萄糖、高果糖环境下，过表达GLUT5的T细胞杀伤能力显著增强，且这类T细胞分泌的IFNγ和TNFα水平也显著升高，表明这类T细胞在独特培养条件下具有更强的抗肿瘤活性。

随后，作者继续研究在CAR-T细胞中过表达GLUT5对其功能的影响。通过构建GLUT5及抗CD19 CAR的双顺反子表达载体（GT5 19BBz），作者发现GT5 19BBz CAR-T细胞与液体瘤细胞系（Nalm6、Raji）及SKOV3-CD19 （卵巢癌）细胞在低葡萄糖、高果糖条件下共培养时，CAR-T细胞表现出更强的细胞毒性，而在高葡萄糖培养环境下无明显增强，说明GLUT5工程化CAR-T细胞更适应葡萄糖受限的肿瘤环境，这一发现与在小鼠T细胞中的结果一致。

作者接下来分析了GLUT5工程化T细胞的糖酵解特性。研究发现，表达GLUT5的T细胞在高果糖环境下产生乳酸水平与高葡萄糖环境相当，即使在低葡萄糖、高果糖环境下，该细胞仍能高效代谢果糖，这些结果表明GLUT5工程化T细胞可以高效利用果糖驱动糖酵解。同时，工程化T细胞中的TCA代谢产物（柠檬酸、苹果酸）和磷酸戊糖途径代谢物（核糖-5P、庚酮糖-7P）均显著升高，说明GLUT5的表达和低葡萄糖、高果糖环境不仅恢复工程化T细胞的糖酵解，还增强了TCA和磷酸戊糖途径活性，这一变化有助于维持细胞功能。

最后，作者在体内探究了这一工程化T细胞在抗肿瘤中的作用。在黑色素瘤小鼠模型中，CLUT5工程化T细胞在肿瘤微环境中富集并抑制肿瘤生长，提高果糖水平可增强其抗癌作用。更重要的是，与PD-1/CTLA-4免疫检查点抑制剂（ICI）联合治疗，可以显著提高患癌小鼠的生存率。此外，GT5 19BBz CAR-T细胞在卵巢癌模型中也表现出更强的杀伤活性，补充果糖还可以进一步增强其抗肿瘤作用。

总的来说，作者通过改造T细胞和CAR-T细胞赋予免疫细胞代谢果糖的能力，使其在低葡萄糖肿瘤微环境中存活、增殖并增强抗癌活性，这些发现为未来改善免疫疗法提供了全新的策略。

制版人：十一

参考文献

1. Kouidhi, S., Elgaaied, A.B., and Chouaib, S. (2017). Impact of Metabolism on T-Cell Differentiation and Function and Cross Talk with Tumor Microenvironment.Front. Immunol.8, 270.

2. Martinez-Outschoorn, U.E., Peiris-Page ́ s, M., Pestell, R.G., Sotgia, F., and Lisanti, M.P. (2017). Cancer metabolism: a therapeutic perspective.Nat. Rev. Clin. Oncol.14, 11–31.

3. Hirayama, A., Kami, K., Sugimoto, M., Sugawara, M., Toki, N., Onozuka, H., Kinoshita, T., Saito, N., Ochiai, A., Tomita, M., et al. (2009). Quantitative metabolome profiling of colon and stomach cancer microenvironment by capillary electrophoresis time-of-flight mass spectrometry.Cancer Res.69, 4918–4925.

4. Urasaki, Y., Heath, L., and Xu, C.W. (2012). Coupling of glucose deprivation with impaired histone H2B monoubiquitination in tumors.PLoS One7, e36775.

5. O’Sullivan, D., Sanin, D.E., Pearce, E.J., and Pearce, E.L. (2019). Metabolic interventions in the immune response to cancer.Nat. Rev. Immunol.19, 324–335.

6. Douard, V., and Ferraris, R.P. (2008). Regulation of the fructose transporter GLUT5 in health and disease.Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab.295, E227–E237.

7. Jang, C., Hui, S., Lu, W., Cowan, A.J., Morscher, R.J., Lee, G., Liu, W., Tesz, G.J., Birnbaum, M.J., and Rabinowitz, J.D. (2018). The Small Intestine Converts Dietary Fructose into Glucose and Organic Acids.Cell Metab. 27, 351–361.e3.

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