Cell Metab | 激活PKM2重塑CD8 T细胞代谢状态并增强抗肿瘤免疫应答

摘要：免疫治疗为部分癌症患者带来了希望，但对大多数实体瘤患者而言，疗效依然有限。肿瘤微环境（TME）是阻碍疗效的关键因素，它通过诱导营养匮乏和线粒体信号失调抑制免疫细胞活性，尤其是导致T细胞功能衰竭【1】。T细胞从静息状态转变为效应状态时，线粒体会同步发生重塑：初始

撰文 | 阿童木

免疫治疗为部分癌症患者带来了希望，但对大多数实体瘤患者而言，疗效依然有限。肿瘤微环境（TME）是阻碍疗效的关键因素，它通过诱导营养匮乏和线粒体信号失调抑制免疫细胞活性，尤其是导致T细胞功能衰竭【1】。T细胞从静息状态转变为效应状态时，线粒体会同步发生重塑：初始状态下，线粒体体积小、活性低，仅支持基础代谢；当受到抗原刺激后，T细胞需通过代谢重编程迅速激活。若线粒体代谢重塑异常，则会阻碍细胞活化，T细胞可能陷入衰竭【2】。因此，改善T细胞的线粒体功能，或许能为提升免疫治疗效果开辟新路径。

丙酮酸激酶M2（PKM2）是糖酵解末端的关键酶，以二聚体或四聚体形式发挥不同作用。二聚体PKM2参与基因调控，促进肿瘤细胞中HIF1α/mTORC1/AKT通路活性，加速细胞增殖；而四聚体PKM2则引导葡萄糖代谢产物进入线粒体，增强氧化磷酸化，抑制有氧糖酵解，从而限制肿瘤生长【3】。近年来，PKM2的免疫调节作用逐渐受到关注。已有研究表明，诱导四聚体PKM2可抑制Th17细胞分化和巨噬细胞的炎症反应。然而，PKM2在CD8 T细胞中的具体作用尚不完全清楚。最近有研究发现，CD28信号通过上调ARS2表达调控PKM2剪接，增强CD8 T细胞的效应功能，提示PKM2可能在抗肿瘤免疫中扮演重要角色【4】。

2025年4月7日，明尼苏达大学Vivek Verma实验室等合作在

Cell Metabolism杂志发表了题为Pyruvate kinase M2 activation reprograms mitochondria in CD8 T cells, enhancing effector functions and efficacy of anti-PD1 therapy的研究文章，发现PKM2激活可通过调节单碳代谢、降低甲硫氨酸水平和DNA甲基化，促进线粒体生物合成，增强CD8 T细胞的记忆反应和抗肿瘤能力。在肿瘤模型中，PKM2激动剂激活CD8 T细胞功能，提升抗PD-1治疗效果，并减少Treg细胞比例，提高肿瘤特异性T细胞数量。这表明，靶向PKM2有望成为改善抗肿瘤免疫疗法的新策略。

此前研究已证实，PKM2激动剂TEPP46可通过诱导四聚体PKM2抑制肿瘤细胞生长【5】，但其对肿瘤免疫微环境的影响尚待探索。本研究中，作者发现在B16-F10和CT26肿瘤模型中，TEPP46显著抑制肿瘤生长，延长小鼠生存期。更重要的是，PKM2激活增强了CD8 T细胞的效应功能，抑制其衰竭趋势，同时降低Treg细胞比例，优化了肿瘤免疫微环境，而对CD4 T细胞的激活影响较小。

在机制层面，TEPP46通过提升四聚体PKM2比例，改变CD8 T细胞的转录特征，增强蛋白酶体、剪接体和RNA聚合酶相关通路的表达，促进细胞因子释放和记忆细胞的形成，同时减少易衰竭的短寿命效应细胞（SLEC）。尽管TEPP46略微减缓细胞增殖，但不影响其效应能力，且主要在TCR激活早期发挥作用。相较之下，它对CD4 T细胞的增殖和功能有抑制作用，显示出对不同T细胞亚群的选择性影响。总之，PKM2通过重塑基因表达模式，显著增强了CD8 T细胞的效应功能和抗肿瘤潜力。

线粒体通过提供能量和信号分子支持免疫反应。鉴于PKM2激活显著提升了CD8 T细胞的功能，作者进一步探索了CD8 T细胞的线粒体变化。结果显示，PKM2激活增强了CD8 T细胞的线粒体生物合成，改善了线粒体结构稳态，并维持较低的活性氧（ROS）水平，这些变化与效应功能的提升密切相关，同时提高了代谢适应性。相比之下，TEPP46对CD4 T细胞的线粒体动态影响不大。这表明，TEPP46通过优化线粒体功能特异性地增强了CD8 T细胞的活性。

深入分析发现，TEPP46处理显著降低了线粒体DNA（mtDNA）甲基化水平，上调了线粒体翻译和呼吸链复合物组装相关路径，增加了线粒体核糖体亚单位及复合物相关蛋白的表达。嘌呤霉素掺入实验进一步证实，TEPP46增强了细胞和线粒体蛋白翻译，特别是呼吸链复合物I、II、III的表达。当使用强力霉素抑制线粒体翻译或阻断复合物功能时，TEPP46诱导的IFNγ和TNF-α分泌显著减少，表明线粒体翻译的增强对CD8 T细胞效应功能至关重要，尤其是复合物I、II、III的作用最为突出。因此，TEPP46通过表观遗传调控降低mtDNA甲基化，增强线粒体基因表达和翻译，进而提升CD8 T细胞的功能。

为全面解析PKM2激活的对代谢稳态的影响，作者对TEPP46处理的CD8 T细胞进行了靶向代谢组分析。结果显示，TEPP46在短时间内显著改变CD8 T细胞代谢格局，上调了戊糖磷酸途径（PPP）、部分糖酵解中间产物以及三羧酸循环代谢物，同时降低了糖酵解末端产物（如乳酸）和TCA后段代谢物（如富马酸、苹果酸）。在一碳代谢中，甲硫氨酸循环受抑制，同型半胱氨酸积累，整体甲基化能力下降。这提示，TEPP46通过重编程PPP和线粒体一碳代谢，降低甲硫氨酸水平，进而影响mtDNA甲基化状态，塑造了CD8 T细胞的代谢特征。

线粒体代谢的增强可能提升了CD8 T细胞的记忆反应和抗肿瘤活性。为验证这一点，作者评估了TEPP46处理后的CD8 T细胞在慢性及急性抗原刺激下的表现。在慢性刺激中，TEPP46处理的细胞持续高表达IFNγ、GzmB和4-1BB，TEM细胞数量增加，功能维持稳定，MPEC富集，而对照组细胞更倾向于形成SLEC。在急性刺激下，TEPP46同样增强了IFNγ和4-1BB表达，GzmB在早期更高。这表明，TEPP46通过优化线粒体功能增强了CD8 T细胞的适应性免疫能力和记忆细胞的维持，为其抗肿瘤作用提供了支持。

考虑到PD-1信号可抑制T细胞的线粒体功能，作者进一步验证了TEPP46是否能协同抗PD-1治疗。在B16-F10肿瘤模型中，TEPP46单药已能延缓肿瘤生长，联合抗PD-1治疗则显著提升疗效，延长存活期至40天。此外，联合治疗显著增加了肿瘤微环境中CD8 T细胞的数量及其IFNγ、TNF-α和GzmB分泌能力，同时提升了增殖活性及抗原特异性gp100⁺ CD8 T细胞的功能。这表明，TEPP46通过激活PKM2优化线粒体功能，与抗PD-1疗法协同作用，逆转免疫抑制，增强抗肿瘤免疫反应。

综上所述，该研究表明，PKM2激活可通过重塑代谢与线粒体功能，显著增强CD8 T细胞的效应性和记忆反应，并与抗PD-1疗法形成协同效应，为提升肿瘤免疫治疗效果提供了新思路。未来，靶向PKM2可能成为强化CAR-T细胞和免疫检查点疗法的重要工具。

https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(25)00106-8

制版人：十一

参考文献

1.K. DePeaux, et al. Metabolic barriers to cancer immunotherapy.Nat. Rev. Immunol., 21 (2021), pp. 785-797.

2. E.M. Steinert, et al. Mitochondrial Metabolism Regulation of T Cell-Mediated Immunity.Annu. Rev. Immunol., 39 (2021), pp. 395-416.

3. Q. Yuan, J., et al. Role of pyruvate kinase M2-mediated metabolic reprogramming during podocyte differentiation.Cell Death Dis., 11 (2020), p. 355.

4. G.A. Holling, et al. CD8+ T cell metabolic flexibility elicited by CD28-ARS2 axis-driven alternative splicing of PKM supports antitumor immunity.Cell. Mol. Immunol., 21 (2024), pp. 260-274.

5. D. Anastasiou, et al. Pyruvate kinase M2 activators promote tetramer formation and suppress tumorigenesis.Nat. Chem. Biol., 8 (2012), pp. 839-847.

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