肥胖是許多癌癥浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移的危險(xiǎn)因素之一，但在某些情況下卻可以提高生存率和對(duì)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的反應(yīng)，這被稱(chēng)為肥胖悖論。雖然肥胖會(huì)促進(jìn)慢性炎癥，但免疫系統(tǒng)在肥胖與癌癥關(guān)系和免疫治療中的作用仍不清楚。2024年6月，《Nature》雜志上發(fā)表了一篇題為“Obesity induces PD-1 on macrophages to suppress anti-tumour immunity”的文章，在這項(xiàng)研究中，研究者發(fā)現(xiàn)肥胖選擇性地誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）上的程序性死亡受體1（PD-1）表達(dá)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)TAMs特異性反饋機(jī)制，減少腫瘤免疫監(jiān)視，這可能會(huì)增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)，但可以增加肥胖患者對(duì)PD-1免疫治療的反應(yīng)。

為了證明飲食性肥胖（DIO）可以改變腫瘤的免疫環(huán)境，研究者使用腫瘤模型檢測(cè)DIO對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的影響以及抗PD-1免疫檢查點(diǎn)阻斷的功效。發(fā)現(xiàn)高脂飲食（HFD）喂食的小鼠體重顯著增加并表現(xiàn)出包括高血糖和高胰島素血癥在內(nèi)的肥胖相關(guān)代謝變化,注射癌細(xì)胞后，HFD的小鼠腫瘤生長(zhǎng)速度比喂食低脂飲食（LFD）的小鼠更快，用抗PD-1處理發(fā)現(xiàn)高脂飲食（HFD）組小鼠的腫瘤重量的顯著減少，這些數(shù)據(jù)證明HFD可以促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，并展示了抗PD-1處理后的反應(yīng)。然后，研究者從腫瘤中分離出CD45⁺和CD45^?細(xì)胞，進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq），單獨(dú)的HFD處理并沒(méi)有影響CD45^?上皮細(xì)胞或成纖維細(xì)胞相對(duì)豐度的顯著變化。然而，抗PD-1處理導(dǎo)致細(xì)胞從上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槌衫w維細(xì)胞，這可能反映了癌細(xì)胞的消除。相比之下，CD45⁺分?jǐn)?shù)顯示了HFD組腫瘤免疫細(xì)胞數(shù)量的顯著變化。根據(jù)scRNA-seq，HFD處理小鼠的CD8⁺ TILs（腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞），效應(yīng)分子的表達(dá)水平降低，Gzmb表達(dá)水平降低，Havcr2（TIM3）和Lag3共抑制受體表達(dá)水平降低。（見(jiàn)圖1）

圖1 肥胖損害抗腫瘤免疫細(xì)胞功能和代謝特征

（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）

研究人員發(fā)現(xiàn)，在體重減輕10%前后人子宮內(nèi)膜腫瘤活檢的免疫組織化學(xué)染色顯示，表達(dá)PD-1的TAMs豐度顯著降低，雖然表達(dá)PD-1的CD8⁺ T細(xì)胞沒(méi)有變化，但HFD增加了PD-1⁺ TAMs的比例。與LFD小鼠相比，非腫瘤和荷瘤HFD小鼠脂肪組織巨噬細(xì)胞中PD-1的表達(dá)水平選擇性增加，而骨髓和脾臟則不受影響。這些數(shù)據(jù)支持一種模型，即肥胖、代謝紊亂和炎癥直接驅(qū)動(dòng)巨噬細(xì)胞PD-1的表達(dá)。除了脂多糖（LPS）外，促炎和肥胖相關(guān)的細(xì)胞因子和脂肪因子，包括干擾素γ（IFNγ）、白細(xì)胞介素6（IL-6）、白細(xì)胞介素1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子（TNF）、瘦素和胰島素，都增加了骨髓巨噬細(xì)胞上PD-1的表達(dá)水平。肥胖還會(huì)增加循環(huán)游離脂肪酸的水平，而用飽和脂肪酸棕櫚酸C16:0處理，會(huì)導(dǎo)致與PD-1表達(dá)增加呈負(fù)相關(guān)的劑量反應(yīng)毒性。雖然之前已經(jīng)確定TAMs可以表達(dá)PD-1，PD-1與吞噬功能呈負(fù)相關(guān)，但現(xiàn)在的數(shù)據(jù)表明，HFD介導(dǎo)的肥胖可誘導(dǎo)TAMs中PD-1的表達(dá)，這可能是由于肥胖相關(guān)的炎癥細(xì)胞因子、瘦素、胰島素和游離脂肪酸的增加。（見(jiàn)圖2）

圖2 肥胖和肥胖相關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)巨噬細(xì)胞特異性PD-1。

（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）

scRNA-seq數(shù)據(jù)顯示，原癌基因（MYC）和雷帕霉素靶蛋白C1（mTORC1）信號(hào)通路上PD-1⁺ TAMs細(xì)胞富集，而IL-6、TGF-β和TNF信號(hào)通路在PD-1^? TAMs中占主導(dǎo)地位。流式細(xì)胞術(shù)對(duì)MC38腫瘤的PD-1⁺和PD-1^low/? TAMs進(jìn)行檢測(cè)，證實(shí)PD-1⁺ TAMs的線(xiàn)粒體質(zhì)量增加，脂質(zhì)攝取水平增加，吞噬水平降低和主要組織相容性復(fù)合體II類(lèi)分子（MHC-II）表達(dá)水平降低，這些數(shù)據(jù)說(shuō)明PD-1是巨噬細(xì)胞代謝和功能的調(diào)節(jié)因子。在體外，研究者發(fā)現(xiàn)LPS有效地增加了巨噬細(xì)胞mTORC1下游pS6的表達(dá)，抑制MYC、NF-κB或mTORC1可降低LPS處理的骨髓巨噬細(xì)胞（BMDMs）、RAW264.7細(xì)胞中PD-1的表達(dá)。為了從基因上檢測(cè)mTORC1的作用，使用CRISPR敲除Pten并激活BMDMs中的PI3K-mTORC1通路，發(fā)現(xiàn)PTEN缺陷細(xì)胞PD-1表達(dá)增加。當(dāng)葡萄糖類(lèi)似物2-脫氧葡萄糖（2-DG）抑制糖酵解時(shí)，M1樣刺激的BMDMs中PD-1的表達(dá)水平降低，但不受谷氨酰胺解或脂質(zhì)氧化抑制的影響。（見(jiàn)圖3）

圖3 PD-1介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞功能障礙依賴(lài)于mTOR和MYC的激活。

（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）

研究者用細(xì)胞程序性死亡配體1（PD-L1）或抗PD-1阻斷抗體處理野生型BMDMs，雖然耗氧量沒(méi)有變化，飽和表達(dá)PD-1的巨噬細(xì)胞中糖酵解水平降低，脂質(zhì)攝取增加，并且這些表型被PD-1阻斷抗體逆轉(zhuǎn)。與IgG處理相比，阻斷PD-1可提高MC38 TAMs中吞噬和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、GLUT1、CD80、MHC-I和MHC-II的表達(dá)水平。RNA-seq顯示，PD-1阻斷分離的TAMs導(dǎo)致廣泛的炎癥和代謝基因變化。阻斷PD-1的促炎作用依賴(lài)于糖酵解水平的增加，用2-DG處理可以防止抗PD-1處理的BMDMs中MHC-II、MHC-I和CD80的表達(dá)。綜上所述，這些數(shù)據(jù)表明，通過(guò)mTORC1誘導(dǎo)PD-1表達(dá)可以激活糖酵解的炎癥信號(hào)，PD-1抑制巨噬細(xì)胞糖酵解和炎癥功能，轉(zhuǎn)而促進(jìn)脂質(zhì)攝取和代謝。（見(jiàn)圖4）

圖4 抗PD-1直接恢復(fù)巨噬細(xì)胞的抗腫瘤功能和代謝

 （圖片來(lái)源于《Nature》雜志）

接著，研究人員發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞耗盡的腫瘤表現(xiàn)出更高的生長(zhǎng)水平，但仍對(duì)抗PD-1處理有反應(yīng)。在T細(xì)胞枯竭的腫瘤微環(huán)境中，TAMs通過(guò)增加吞噬水平、減少脂質(zhì)攝取和增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT1的趨勢(shì)對(duì)抗PD-1處理做出反應(yīng)。PD-1缺失的骨髓細(xì)胞有效地降低了腫瘤生長(zhǎng)。與野生型TAMs相比，PD-1缺陷的腫瘤CD11b⁺骨髓細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)，脂質(zhì)攝取水平降低，代謝活性增加，表明合成代謝增加，抗原呈遞和激活T細(xì)胞的能力提高。PD-1、LAG3和TIM3共抑制標(biāo)志物的表達(dá)水平降低，而CD69的表達(dá)水平不變。因此，PD-1為巨噬細(xì)胞的糖酵解代謝和功能提供了由炎癥引起的直接反饋，以調(diào)節(jié)抗腫瘤免疫反應(yīng)，而這一途徑在肥胖中得到增強(qiáng)。（見(jiàn)圖5）

圖5 靶向巨噬細(xì)胞特異性PD-1提高T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫

（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）

總的來(lái)說(shuō)，這些研究結(jié)果揭示了肥胖與癌癥之間的聯(lián)系，將PD-1確定為TAMs的代謝調(diào)節(jié)因子，并揭示了一種獨(dú)特的PD-1介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞特異性免疫腫瘤監(jiān)測(cè)和檢查點(diǎn)阻斷機(jī)制。

云克隆開(kāi)發(fā)了上述研究中涉及的相關(guān)指標(biāo)的蛋白、抗體、ELISA試劑盒等產(chǎn)品以助力腫瘤治療相關(guān)研究，部分指標(biāo)節(jié)選如下，供參考：

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