评论文章

前面。Immunol。,21November 2022
T细胞生物学
卷13 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.1056622

克服目前对t细胞受体疗法的挑战通过代谢靶向提高抗肿瘤疗效、持久性和耐受性

温迪毛 ^＊

细胞生物学，BioNTech Societas Europaea (SE)， Gaithersburg, MD，美国

个体化免疫治疗的抗肿瘤潜力，包括过继t细胞治疗，已在临床前和临床研究中得到证实。结合细胞治疗和靶向代谢干预可以进一步提高治疗效果的程度和持久性。T细胞受体识别来自肿瘤新抗原的多肽的能力允许对癌细胞产生强大而特异性的反应，同时保留健康组织。然而，过继T细胞治疗存在一些挑战，如肿瘤抑制环境、转移细胞的适应性和存活以及肿瘤逃逸，所有这些都可以被靶向，以进一步增强T细胞受体工程T细胞(TCR-T)治疗的抗肿瘤潜力。在这里，我们探索了涉及肿瘤微环境和细胞产物的代谢重编程的当前策略，这可能导致增加T细胞增殖、存活和抗肿瘤细胞毒性。此外，我们强调了潜在的代谢途径和靶点，可以利用这些途径和靶点来改善转移细胞的移植物，并消除淋巴衰竭的需要，同时最大限度地减少脱靶效应。代谢信号是微妙的平衡，我们证明了为每种肿瘤的独特特征量身定制的周到和精确的干预措施的必要性。通过进一步了解免疫代谢、肿瘤抵抗和T细胞信号之间的相互作用，我们可以改善目前的治疗方案，并为潜在的协同组合打开大门。

简介

针对癌症的免疫治疗的成功是基于这样一个事实，即肿瘤细胞可以被各种免疫细胞群特异性地靶向，最大限度地减少对健康组织的损害，同时完全消除癌性生长。继过继细胞疗法(ACT)在转移性黑素瘤(1)和最近在肺方面有希望的结果(2)和胰脏(3.)癌症，证明过继转移肿瘤抗原特异性T细胞介导抗肿瘤反应的潜力。在这篇综述中，我们将重点关注TCR-T，它已经在实体瘤中显示出有前景的临床疗效(3.- - - - - -5)。在这种形式的ACT中，针对主要组织相容性(MHC)分子背景下的肿瘤抗原的T细胞受体(TCRs)被设计到分离的T细胞上，然后注入到患者体内，然后介导肿瘤消退(6）（图1)。尽管ACT取得了成功，但该领域也面临着许多挑战，包括免疫浸润不足、抑制性肿瘤微环境(TME)、肿瘤异质性和进化、效应细胞耗尽等。尽管有临床前的希望，许多TCR-T疗法在临床只提供有限的益处(7,8)，而在其他情况下，肿瘤在治疗后初步缓解后复发(9)，表明免疫抑制和肿瘤进化可以抑制这些疗法的成功。代谢干预有望增强TCR-T的生存、持久性、运输和对抗营养吞噬肿瘤细胞的细胞毒性。TCR-T治疗过程为代谢干预提供了许多机会，能够在输注前分别对T细胞和肿瘤进行预处理，以实现最大的效益。这些包括可以在工程过程中应用的治疗方式，以获得更好的细胞表型，以及输注前后的系统治疗，以调节TME，每一个都将在后续章节中进行评估，并在图2．在这篇综述中，我们将讨论靶向代谢途径的方法，不仅可以提高TCR-T的抗肿瘤疗效和持久性，还可以改进工程和临床方案，进一步扩展ACT的能力。

图1

图1T细胞受体工程T细胞(TCR-T)治疗综述描述TCR-T的过程，从自体或异基因细胞来源到工程和输注到靶向肿瘤细胞。HLA，人白细胞抗原;TCR, T细胞受体。

图2

图2TCR-T期间代谢干预的时机。描述代谢干预，可以作为细胞工程和扩张过程的一部分，或患者预处理和治疗的一部分。TCR-T, T细胞受体工程T细胞;TCR, T细胞受体;TME，肿瘤微环境。

靶向肿瘤代谢提高T细胞适应度的策略

肿瘤细胞产生于从根本上改变细胞增殖和生存能力的转化。因此，癌细胞的代谢需求与非恶性细胞不同。1956年，Warburg观察到肿瘤中糖酵解和乳酸生成的速率增加，表明有氧糖酵解优于更有效的氧化磷酸化途径以产生ATP (10)，这个词后来被称为“华宝效应”。尽管ATP生成的效率低于氧化磷酸化，但通过有氧糖酵解增加的通量也产生支持快速增殖所必需的代谢中间体，包括脂质生物生成的甘油和柠檬酸盐(11)。肿瘤细胞增殖需求的增加也增加了谷氨酰胺分解率，以维持无平衡状态，这导致肿瘤对谷氨酰胺的代谢高于任何其他非必需氨基酸(12)。肿瘤细胞对这些营养物质的高度利用导致与其他细胞竞争这些资源，导致谷氨酰胺限制(13)、低葡萄糖、缺氧及酸性环境(14,15)，它们已被证明可以抑制T细胞的浸润和功能(16- - - - - -18)，图3．此外，TME中对肿瘤特异性T细胞激活至关重要的其他免疫亚群，如树突状细胞(dc)，也受到肿瘤代谢环境改变的不利影响(19,20.)。尽管肿瘤中免疫细胞抑制的机制比简单的营养消耗和竞争要微妙得多，但肿瘤的独特环境要求免疫细胞重塑代谢通量才能生存，这可能会极大地影响它们的功能(21)。针对这些营养途径，总结在图3，可能具有双重目的，不仅可以减少肿瘤生长，还可以支持TCR-T的生存和抗肿瘤疗效。

图3

图3肿瘤代谢的特征促进免疫抑制肿瘤微环境和调节策略。描述肿瘤微环境(TME)中导致酸化、营养剥夺和免疫抑制的肿瘤代谢方面，以及抑制这些途径的一般机制。抑制或逆转肿瘤表型的策略在白色文本的深蓝色框中。AMPK, amp活化蛋白激酶;磷酸肌醇3激酶;AKT，蛋白激酶B;哺乳动物雷帕霉素靶蛋白mTOR;吲哚胺2,3 -双加氧酶;LDH，乳酸脱氢酶;PPP，磷酸戊糖途径; TCA, the tricarboxylic acid cycle; O₂、氧气;GLUT1，葡萄糖转运体。

除了代谢产物的合成，细胞通常整合有关营养可用性和压力的信息，以调节生存和增殖;不幸的是，肿瘤细胞已经吸收了这些信号级联的许多方面，包括涉及哺乳动物雷帕霉素靶标(mTOR)的方面，以维持快速分裂(22)。长期以来，mTOR一直被认为是细胞生长和长寿的主要调节因子，并存在于两种功能不同的复合物中，mTOR复合物1 (mTORC1)和mTOR复合物2 (mTORC2) (23)，每种药物对药物的敏感程度不同(24,25)。mTOR及其相关通路成分的异常表达在实体瘤中非常常见(26- - - - - -28)，并促进肿瘤的发生和生长(29)。此外，mTOR还在T细胞分化和功能中发挥作用(30.)，使其成为增强抗肿瘤免疫的有吸引力的靶点。调节mTOR信号的策略也可以增强TCR-T的适应度和细胞毒性，同时降低肿瘤细胞的生长(31)。

TME代谢重塑增强T细胞适应度和功能

肿瘤细胞高水平的葡萄糖消耗不仅为糖酵解提供了燃料，而且还通过磷酸戊糖通路(PPP)增加了通量，因此，与正常细胞相比，恶性细胞中的葡萄糖消耗也升高了(32)。这一途径对于生成核酸合成的中间体至关重要，对于生成脂肪酸合成的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH) (33)，并产生谷胱甘肽以清除活性氧(34)，所有这些都是细胞快速分裂所必需的。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase, G6PD)是PPP的限速酶，其抑制可诱导自噬(35)和衰老(36)，并抑制肿瘤细胞的增殖和转移(37)。有趣的是，尽管T细胞在激活后也会迅速增殖，但阻断G6PD似乎会产生更好的CD8+效应T细胞，从而介导更强的肿瘤抗原特异性反应，以及增加促炎细胞因子分泌。在这些T细胞中，增加的线粒体ROS通过伴随增加的额外抗氧化酶来平衡，以防止氧化损伤(38)。综上所述，这些研究表明，通过抑制G6PD靶向PPP可以代表一种“两全其”的情况，即肿瘤细胞可能不像T细胞那样具有代谢可塑性，因为它们过度依赖特定的代谢物，从而允许T细胞利用代谢燃料的转变来造福它们。

T细胞代谢可塑性的证据已经在多种代谢途径的背景下得到了证明。谷氨酰胺提供了三羧酸(TCA)循环所需的燃料，进而产生脂质、蛋白质和核酸合成所需的中间产物，这对细胞的快速增殖至关重要(39)。可以预见的是，肿瘤细胞严重依赖这一途径来生存，事实上许多肿瘤显示出对谷氨酰胺“上瘾”的证据(40,41)。用谷氨酰胺拮抗剂JHU083治疗荷瘤小鼠，它损害了需要谷氨酰胺的酶，不仅诱导了持久的抗肿瘤作用，而且通过损害葡萄糖代谢破坏了Warburg生理学。随后，肿瘤内葡萄糖和谷氨酰胺浓度均上升，随后缺氧平行下降。用谷氨酰胺拮抗剂处理的T细胞显示激活和记忆标记物增加，并在重新刺激时显示细胞因子产生增强。有趣的是，人们发现T细胞能够切换到利用醋酸盐作为TCA循环的碳源，而肿瘤细胞无法复制这一壮举(42)。在另一项研究中，谷氨酰胺转运体的药理学抑制能够损害肿瘤生长，并增加肿瘤中谷氨酰胺的浓度。然而，由于T细胞通过上调一个单独的氨基酸转运体来适应，它们能够继续摄取谷氨酰胺，并且不受药物的影响-除了表现出增强的激活和细胞毒功能(43)。因此，尽管T细胞和肿瘤细胞依赖于通过许多相同途径增加的通量来生存和发挥功能，但T细胞优越的代谢可塑性可以允许代谢干预降低肿瘤适应度，同时增强T细胞效应能力。

作为Warburg生理学的一部分，大量的乳酸作为有氧糖酵解的副产物产生，随后由肿瘤细胞分泌，并有助于肿瘤腔室的酸化(44)。乳酸浓度的增加损害了T细胞和自然杀伤细胞(NK)的细胞毒性功能(45)通过削弱它们在活化后分泌自身糖酵解通量增加的乳酸副产物的能力，其分泌需要浓度梯度(46)。双氯芬酸可抑制乳酸转运蛋白单羧酸转运蛋白1和4(分别为MCT1和MCT4)，通过改善肿瘤控制和细胞因子分泌，增强了检查点阻断免疫治疗的疗效。此外，用双氯芬酸处理的T细胞将葡萄糖通量转移到TCA循环，并增加了氧气消耗，使它们保留了细胞毒功能。然而，应该注意的是，双氯芬酸治疗后T细胞的增殖减少(47)，这可能表明给药时间对提高乳酸靶向治疗的疗效至关重要。另一篇论文也通过RNA干扰(RNAi)-纳米颗粒介导的肿瘤细胞乳酸脱氢酶(LDHA)的下调，也中和了肿瘤pH，增加了NK和T细胞的浸润和细胞毒性，证实了这些发现。有趣的是，作者也在免疫缺陷小鼠中进行了这些实验，结果显示对肿瘤生长没有影响，这表明细胞毒性免疫浸润对于增强靶向乳酸代谢的抗肿瘤作用是必要的(48)。虽然靶向乳酸代谢可能会对内源性T细胞的增殖产生负面影响，但TCR-T可以在乳酸转运蛋白抑制“预处理”后施用，这可能会使肿瘤环境更适合转移细胞的生存和疗效。

除了前面提到的代谢物外，其他营养物质和氨基酸的合成代谢/分解代谢也可以驱动TME中的免疫抑制，因此可以作为代谢治疗的潜在靶点。一个例子是吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)的作用，作为犬尿氨酸途径的一部分，它是色氨酸降解的第一步和限速步骤，为许多重要的生物过程提供燃料，包括能量代谢和辅助因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的产生(49)。IDO在许多肿瘤类型中升高，并与实体瘤预后较差相关(50)，而较高的犬尿氨酸与色氨酸比率与白血病患者较短的生存期相关(51)。一种可能的解释是色氨酸/犬尿氨酸轴与多种免疫调节作用有关——犬尿氨酸可以与芳基烃受体(AHR)结合，使T细胞偏向免疫抑制调节T细胞(Treg)表型(52）;此外，它还能诱导T细胞中的疲惫和免疫检查点表达(53)，并促使树突状细胞(dc)向耐受表型转化(54)。特别是在T细胞中，ido介导的色氨酸剥夺被发现可诱导自噬并抑制mTOR和蛋白激酶C theta (PKC-Θ) (55)，它们对T细胞的活化和增殖至关重要(56)。研究发现，IDO抑制联合肿瘤疫苗能够在荷瘤小鼠的肿瘤引流淋巴结中将抑制的treg转化为th17样细胞，这种治疗既增强了CD8 T细胞的激活，又降低了肿瘤的生长(57)。鉴于其临床前的前景，针对IDO1或同工酶IDO2的IDO抑制剂已经并正在进行临床试验。ECHO-301/KEYNOTE-252试验发现，IDO1抑制剂Epacadostat治疗并不能提高黑色素瘤的总生存期或无进展生存期(58)，这就对IDO抑制剂在临床中的应用提出了质疑。这些令人失望的结果可能由以下几个因素解释:Epacadostat即使在最高剂量下也不能完全抑制IDO1，其他色氨酸降解酶如IDO2的代偿性表达，以及患者队列选择(59)。随后的研究主要针对犬尿氨酸途径中的其他代谢物，包括犬尿氨酸本身。肿瘤的治疗在活的有机体内通过增强犬尿肾氨酸酶来降解犬尿肾氨酸，增加细胞毒性CD8s的浸润和增殖，从而改善多种肿瘤类型的肿瘤控制。有趣的是，治疗对免疫功能低下小鼠的肿瘤生长没有影响，这表明kynureninase的抗肿瘤机制取决于免疫细胞的存在(60)。IDO抑制剂的例子证明了在研究代谢扰动的影响时，理解代偿机制和针对同一途径的替代成分的可能性的重要性。

TME中增加新抗原呈递

有效的抗肿瘤免疫治疗是基于树突状细胞(DCs)的功能，树突状细胞摄取并呈现肿瘤抗原以激活原始T细胞并诱导其增殖(61)。DC消融极大地降低了记忆T细胞的激活——其再激活阈值要低得多，并且假定是DC独立的——以应对感染(62)，从而表明dc在最大化T细胞反应功效方面发挥作用。在TCR-T中，内源性dc可以呈现肿瘤新抗原，以动员不同TCR克隆型的新T细胞群，这对于解决表位扩散至关重要——特别是因为靶抗原丢失是act后复发患者的常见肿瘤耐药机制(63)。在肿瘤中，某些未知的肿瘤因子诱导DCs上的清道夫受体上调，增加其对脂蛋白的摄取并增加其内部脂质含量。这些脂质负载的dc被证明不能有效地处理和呈递抗原，并且它们激活T细胞的能力被严重削弱。通过削弱乙酰辅酶a羧化酶靶向脂肪酸合成，从而迫使DCs利用外源脂质合成甘油三酯，逆转了这一效应(64)。然而，由于增殖的T细胞也增加了它们对脂肪酸合成的需求，以维持分裂，抑制这一途径已被证明对细胞扩张有害(65)，乙酰辅酶a羧化酶的系统抑制必须小心地选择时间，以避免干扰TCR-T。

类似的功能平衡的故事可以讲述腺苷单磷酸活化蛋白激酶(AMPK)通路在DC激活和T细胞效应能力中的作用。AMPK对调节细胞内的能量平衡至关重要，当细胞压力减少ATP可用量时，AMPK会开启产生ATP的分解代谢途径(66)。AMPK的激活对于蛋白激酶B (PKB;也称为AKT)的激活，以响应细胞应激(67)，进而磷酸化和失活糖原合成酶激酶-3 β (GSK3β)， cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的负调控因子。这导致creb介导的抗炎IL-10转录增强，同时通过降低活化B细胞的核因子κ -轻链增强子(NF-κB)信号通路(68)。AMPK的α亚基磷酸化(AMPKα)是AMPK激活所必需的(69)。在巨噬细胞和树突状细胞中，AMPKα1亚型的下调可增强抗原呈递，减少抗炎细胞因子白介素10 (IL-10)的产生，并增加IL-17和干扰素γ (IFN-y)的产生。这有利于激活的辅助T细胞偏向T辅助1 (Th1)和17 (Th17)表型(70)。在肿瘤环境中，这些AMPKα1缺陷的巨噬细胞和树突状细胞将会增加肿瘤抗原的呈递，并诱导T细胞产生有利的促炎表型。然而，AMPK降低对T细胞的影响尚不清楚，但有必要考虑针对AMPK的治疗是否与TCR-T同时施用。尽管AMPKα1缺陷的CD8细胞产生更多的促炎IFN-y和IL-17A，但当受到代谢应激时，与对照细胞相比，它们的活力也受损(71)。这一发现得到了另一项研究的证实，在该研究中，作者证明了AMPKα1驱动T细胞功能的需求依赖于葡萄糖浓度——也就是说，当葡萄糖缺乏时，在AMPKα1缺陷细胞中观察到T细胞损伤(72)，就像肿瘤微环境中的情况一样。有趣的是，二甲双胍，一种AMPK激动剂，已被证明可以直接增强肿瘤抗原特异性T细胞的抗肿瘤功能，增加多功能性，保护T细胞免于凋亡和衰竭。在免疫缺陷小鼠中没有发现同样的效果，这表明这种抗肿瘤作用是由免疫细胞的存在特异性驱动的(73)。综上所述，这些研究表明，AMPK信号的平衡必须非常小心地调节;虽然增加信号通路可能导致更好的免疫细胞存活，并减少癌细胞通过糖酵解途径的通量(74)，它也有助于降低细胞应激信号的影响，从而导致肿瘤细胞存活。未来的治疗方案可能会考虑用AMPK激动剂对TCR-T中的T细胞进行预处理，以增加抗应激能力，同时利用肿瘤代谢组学来考虑AMPK在每个肿瘤环境中是否是一个可行的靶点。

提高过继转移T细胞功能和持久性的策略

在TCR-T中，人类T细胞与感兴趣的TCR一起被改造，然后注入患者体内，希望这些细胞能进入肿瘤和周围的淋巴结，建立长寿命的细胞毒性群体，攻击肿瘤。为了使这种治疗取得成功，T细胞必须能够在TME中存活，因此会受到许多与一般免疫治疗相同的缺陷的影响-即效应细胞的耗尽，生存能力差和效应细胞功能的丧失(75)。TME中肿瘤细胞对葡萄糖的竞争导致T细胞产生IFN-y的能力降低，通过糖酵解和营养感应途径的信号减弱(76)。抑制免疫检查点分子，如细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4 (CTLA-4)和程序性细胞死亡蛋白1 (PD-1)在T细胞上抑制糖酵解和氨基酸代谢，这对效应子分化和功能至关重要(77)。TME中的缺氧可上调肿瘤中PD-1的配体，程序性死亡配体1 (PD-L1) (78- - - - - -81)，葡萄糖消耗的情况(82)，它们与T细胞上的抑制检查点接触，导致T细胞“衰竭”。尽管已知TME具有免疫抑制作用且营养不良，但浸润免疫细胞的存活和持久性对于TCR-T的持续有效性至关重要。目前，CTLA-4、PD-1和PD-L1的阻断剂已被用于激活衰竭T细胞中的功能障碍，并可恢复效应T细胞的代谢特征(77)，同时抑制肿瘤细胞的糖酵解通量(76)。T细胞的肿瘤浸润也会受到TME中营养物质变化的影响，包括抑制T细胞迁移的缺氧介导的乳酸积累(83)，以及异常的脂质代谢，对多种免疫亚群的功能和迁移产生负面影响(84)。在这里，我们将总结一些策略，以“装甲”T细胞对抗代谢挑战由TME。

靶向葡萄糖代谢，增加T细胞功能

活化后，T细胞将其代谢从氧化磷酸化(OXPHOS)转变为糖酵解以满足能量需求(85,86)，图4．效应期结束后，T细胞分化为记忆T细胞(T_mem）（87)。抗原相遇过程中糖酵解的抑制促使T细胞趋向记忆表型(88）（图4)，但也会降低效应器功能(89)。葡萄糖代谢产物也用于PPP，它为细胞生存和生长提供了关键的中间产物，并清除细胞增殖过程中产生的ROS。抑制6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6PGD)，该酶催化PPP的第二步，CD8+ T细胞增加线粒体含量和线粒体ROS产量，通过增加抗氧化产量来平衡，以保护免受氧化损伤。在功能上，这些细胞增加了IFN-y的产生和颗粒酶B，并对肿瘤和感染表现出优异的效果，与T效应记忆(T效应记忆)一致_新兴市场)表型。细胞还增加了葡萄糖转运蛋白1 (GLUT1)的表达，以增加葡萄糖的摄取(38)，这在TME中是至关重要的，因为在TME中，对这种重要营养素的竞争非常激烈(76）（图3)。阻断6PGD也可能有利于重编程免疫抑制treg -这在很大程度上依赖于PPP的抗氧化能力，以平衡其选择的燃料-脂质氧化-产生的ROS到Th1, 2和17细胞，这提高了抗肿瘤反应(90）（图4)。

图4

图4T细胞的代谢表型和偏向记忆表型的策略。描述激活时T细胞代谢的变化，并强调在过渡到记忆表型或耗尽效应细胞时代谢的差异。蓝框中还描述了改善记忆表型倾斜的策略。6PGD, 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶;PI3K，磷酸肌醇3激酶;AKT，蛋白激酶B;哺乳动物雷帕霉素靶蛋白mTOR;mTORC2 mTOR复合体2。

预处理方案增加TME中T细胞存活

在前面的章节中，我们已经探索了T细胞代谢可塑性的证据，这使得它们能够通过各种途径调整通量以适应环境线索。这种可塑性不仅可以促进T细胞相对于肿瘤细胞的生存，而且还可以诱导代谢变化，为T细胞在TME中面临的营养挑战做好准备。虽然葡萄糖已被证明对T细胞效应功能至关重要，但活化细胞中的瞬时葡萄糖限制(TGR)有助于增强抗肿瘤功能。在淋巴瘤小鼠模型中，在低糖条件下预处理的过用效应子CD8s能够介导肿瘤的完全清除，效应子表型增强，循环中的效应子数量增加。TGR T细胞将葡萄糖碳的利用重新定向到TCA循环而不是糖酵解，导致ATP生成的急剧增加，并且由于持续合成活性氧化物质(ROS)清除物谷胱甘肽而更好地应对氧化应激——与未经历预处理的细胞相比，这两个特征使这些T细胞能够更好地在TME中生存。对这些TGR效应细胞的代谢组学研究表明，这些细胞能够在再次暴露于葡萄糖后增强其葡萄糖摄取，并通过PPP增加通量(91)，这两种物质都能促进效应器的功能，提高竞争营养物质的能力。

在类似的静脉，谷氨酰胺限制也可以产生类似的结果葡萄糖限制。在谷氨酰胺缺乏的条件下培养的T细胞或用谷氨酰胺代谢抑制剂治疗的T细胞被证明可以增加存活率并促进肿瘤清除。肿瘤浸润表型显示谷氨酰胺限制T细胞表现出较低水平的衰竭标志物和增加的增殖，细胞因子的产生，以及与长寿命记忆群体相关的标志物。在代谢方面，这些细胞表现出增加的线粒体呼吸能力，减少线粒体ROS，并增加糖酵解通量，这表明谷氨酰胺限制可以使细胞代谢向记忆样表型倾斜，具有更强的自我更新和抗肿瘤能力(92)。就像葡萄糖限制的情况一样，谷氨酰胺限制可以重新连接T细胞，更有效地利用可用的营养物质，同时也增加氧化应激耐受性，使预处理效应细胞在TME中比未预处理的效应细胞具有优势。

在糖酵解过程中，丙酮酸激酶由磷酸烯醇丙酮酸(PEP)生成丙酮酸，生成一个ATP分子(93)。敲低或药理抑制pep生成酶T细胞导致活化T细胞时钙通量减少，这表明细胞因子的产生和效应能力下降。在T细胞中，磷酸烯醇丙酮酸羧激酶1 (PCK1)的过表达可以从TCA循环中间产物草酰乙酸中产生PEP，在钙通量和抗肿瘤作用方面改善CD4s和CD8s的功能。有趣的是，过表达PCK1仅在低糖条件下增加细胞内PEP (94)，使其成为一种有前途的修饰，可以提高葡萄糖耗尽TME的疗效，同时防止外周代谢异常。这表明，尽管TME中关键营养素水平较低，但增加关键通路中中间产物表达的策略可以消除T细胞中营养剥夺的一些影响。

与终分化效应物相比，包含更多记忆细胞群的细胞疗法可产生更大的抗肿瘤疗效和长期持久性(95)。其他研究发现，与大量未选择的T细胞输注相比，naïve/干细胞记忆群体导致细胞因子释放综合征减少，抗肿瘤疗效提高，后者主要由最终分化的效应物组成;然而，干细胞记忆T细胞在循环中极其罕见，它们的扩增需要额外的工程步骤;此外，这些细胞的初始细胞毒功能不像体效应器那样强大(96)。效应/中枢记忆细胞和naïve/干细胞记忆群都表现出扩展和分化的能力，使它们对细胞治疗非常有价值。记忆T细胞的特征之一是它们能够迅速而有力地对抗原再挑战作出反应。这种快速回忆反应的关键是氨甲酰磷酸合成酶2，天门冬氨酸氨基氨基酰基转氨酶和二氢口酸酶(CAD)新创嘧啶合成途径。CAD的抑制减少了可用的前rrna，这限制了合成新蛋白质以支持增殖和细胞因子产生所需的核糖体生物发生。CAD的过表达被证明可以增强细胞增殖并改善细胞因子的产生(97)。这表明，通过增加通量的方法新创嘧啶合成途径体外可以产生一组更好的记忆细胞用于输注(图4)，具有增强的抗肿瘤和增殖能力，可能会改善重复输注的需要。

T细胞在葡萄糖消耗条件下产生燃料的替代途径也可以识别预处理方案的特定靶点，以进一步增强T细胞功能。在葡萄糖匮乏的环境中，T细胞可以利用醋酸盐作为葡萄糖的替代品体外暴露在醋酸盐中可以增加组蛋白乙酰化和染色质的可及性，使耗尽的T细胞再次被表观遗传改造为活性效应物。这些细胞显示增加细胞因子的产生并促进肿瘤清除(98)。肌苷也可以作为葡萄糖的替代品被T细胞利用，过继转移后用肌苷治疗也可以增强无法代谢肌苷的肿瘤模型的抗肿瘤效应功能(99)。虽然可以推测肌苷预处理也会增强T细胞在肿瘤环境中利用这种替代燃料来源的能力，但仍需要完成测试这一假设的研究。此外，某些肿瘤代谢肌苷的能力(One hundred.,101)，从而与T细胞争夺这种燃料来源也会限制它的用途。

导航mTOR信号的复杂性以增加T细胞适应度的策略

在T细胞激活和分化过程中，mTOR信号通路通过mTORC1和mTORC2对T细胞命运和表型有不同的影响。T细胞中的组成型mTORC1激活会产生高效的效应体CD8s，但代价是抑制向记忆表型的转变(102,103)。然而，尽管mTORC1的抑制导致长寿命记忆细胞的产生，这些细胞表现出较差的效应功能，这些细胞也没有表现出记忆细胞的标志-在再次挑战时产生回忆反应的能力。有趣的是，在组成型mTORC1信号通路减少记忆形成的T细胞中，雷帕霉素(mTORC1抑制剂)能够重新激活记忆回忆反应的形成(102)。一项类似的研究也表明，在初始激活和扩张阶段的雷帕霉素治疗有利于记忆前体的生成，而在收缩阶段的治疗有利于记忆细胞的分化(104)。mTORC1信号与葡萄糖摄取和糖酵解密切相关，活化后早期用雷帕霉素治疗既损害葡萄糖代谢，又降低穿孔素的产生，这一观察进一步支持了精确控制这种抑制时间的重要性(105)。这些研究表明，可以利用mTORC1的抑制来实现有效的效应反应和长寿命记忆的生成，通过仔细定时的mTORC1靶向(图5)。

图5

图5抑制mTORC1或mTORC2增强TCR-T T细胞表型的利弊。描述抑制mTORC1 (mTOR复合物1)或mTORC2 (mTOR复合物2)增强T细胞的挑战和优势。绿框表示好处，蓝框表示挑战。mTOR，雷帕霉素的哺乳动物靶点。

由于靶向mTORC1以增强有效和长寿命T细胞反应的复杂性，mTORC2也已成为一个潜在的靶点。T细胞特异性敲除mTOR的雷帕霉素不敏感伴侣(Rictor) (mTORC2的结合伙伴，对其激活至关重要)，能够在接种疫苗时产生类似野生型对照的强大T细胞反应，这表明mTORC2的缺陷不会影响效应器的能力。有趣的是，在重新挑战时，这些细胞显示出增加的记忆标记，强劲的细胞因子产生，并且在脾脏中出现频率更高。这可能是由于mTORC2阻止叉头盒O1 (FOXO1)的激活和核易位，FOXO1是一种转录因子，负责上调记忆相关转录物，如l -选择素(CD62L)和C-C Motif趋化因子受体7 (CCR7) (106)。此外，无论培养基中是否含有有利于效应T细胞或记忆T细胞形成的细胞因子，它们都表现出效应T细胞和记忆T细胞的特征，糖酵解通量增加，备用呼吸容量(SRC)增强，从而有利于长期生存(102)。这项研究表明，抑制mTORC2可以导致T细胞的产生，同时具有强效因子和长寿命记忆的良好特征，增强它们在TME中的生存，同时减少它们对外源性细胞因子维持表型的依赖。因此，靶向mTORC2可能是mTORC1抑制的可行替代方案，用于生成具有完整效应器功能和记忆样持久性的细胞，具有更强的代谢弹性，以应对TME带来的挑战;然而，在识别不靶向mTORC1的特定mTORC2抑制剂方面仍然存在挑战(107）（图5)。

评估T细胞代谢脆弱性的个性化策略

近年来，测序和分析技术的进步使得以更低的成本进行大规模筛查成为可能，使真正的个性化医疗触手可及。如前所述，不同的肿瘤会有不同的代谢易损性，来自个体患者的T细胞也会表现出相似的敏感性多样性。因此，使用杠杆可能是谨慎的做法在体外药理学或遗传筛选，以确定个性化代谢药物的最佳治疗方案。最近的一项研究描述了从这种筛选过程中获得的见解，将T细胞和肿瘤细胞置于240种不同药理学扰动的共培养中，以评估哪些化合物影响T细胞的激活。他们不仅能够了解T细胞的脆弱性及其潜在机制，而且还能够识别出与肿瘤细胞相比，T细胞受到不同影响的化合物。例如，在具有OT-1 T细胞的B16-OVA肿瘤中，谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)抑制诱导CD8+ T细胞的铁脱落，而肿瘤细胞大部分不受影响，这种敏感性归因于酰基- coa合成酶长链家族成员4 (ACSL4) (108)，是铁衰病的主要调节因子之一(109)。人们可以想象这样一种场景:患者的T细胞最初可以针对肿瘤类器官或细胞系进行筛选，以确定代谢增强，这将有利于T细胞比肿瘤存活，或者检测敏感性。通过进行个性化的肿瘤T细胞筛查，可以设计用于TCR-T的T细胞以减少其代谢脆弱性，同时可以确定针对特定肿瘤脆弱性的药物干预措施。

改进TCR-T筛选和工程的策略

TCR-T背后的基本原理是，肿瘤特异性TCRs可以被设计到大量T细胞群上，然后这些T细胞群可以被重新定向到靶向肿瘤的同时保留健康组织(110)。然而，这意味着TCR的发现也非常重要——TCR不仅必须对肿瘤抗原具有特异性，而且一旦参与，还必须诱导T细胞产生细胞毒性和细胞因子。TCR信号强度与T细胞功能状态相关，高强度相互作用诱导抑制性受体并获得与功能障碍相关的分子特征(111)，提示选择亲和力较高的TCRs可能会降低最终细胞产物的功效。因此，识别具有最佳亲和力和对T细胞表型影响的TCRs的方法可能非常耗时。这些方法可以包括评估单个TCR的亲和力、功能亲和性，并进行细胞毒性试验，以确保工程TCR具有足够高的亲和力来检测肿瘤靶点，但不会升高到对其功能产生不利影响(112)。了解代谢如何影响T细胞对抗原的敏感性可以减少TCR筛查时间，并可能增加进入临床前评估最后阶段的TCR数量，以扩大可靶向患者群体。

TCR-T的另一个挑战是在整个扩增过程中优化tcr工程T细胞群的表型，以产生长期存活的细胞，这些细胞将在其新的生态位中持续存在并执行效应功能。已发现过继转移T细胞的中央记忆表型是患者获得最佳抗肿瘤反应的最佳条件(113）;然而，不同的起始T细胞群对如何诱导这种治疗提出了挑战。之前，我们已经研究了代谢在T细胞分化为记忆和效应子亚群中如何发挥关键作用，这一知识也可以应用于工程过程，以提高最终TCR-T产品的功效。

微调TCRs的肽敏感性

T细胞对其同源肽/主要组织相容性分子(MHC)的敏感性似乎受到内在和诱导因素的共同控制——TCR对其配体有内在的亲和力，但也有诱导的动态TCR聚类(114)，两者都能调节激活的强度。因此，单个T细胞克隆具有分化成高亲和度和低亲和度效应物的能力，这表明T细胞的敏感性可以在激活时被调节，而不依赖于TCR (115)。经过这段时间的可塑性，T细胞形成一个激活阈值“设定点”，这时遇到阈值以下或阈值以上水平的抗原导致凋亡(116)。这为TCR治疗提出了许多问题，从基于功能亲和性确定最佳TCR所需的初始筛选，到临床产品的工程过程。然而，了解T细胞能够调节其敏感性的机制可以增强细胞治疗产品，甚至是新的应用。

激活后，naïve T细胞通常将其代谢从主要的氧化磷酸化转变为糖酵解(117)。然而，在强肽刺激下，OXPHOS和糖酵解的通量都增加了。这种增加的OXPHOS上调了转录因子NFATC1，导致IL-4的产生增加，这以自分泌的方式发出信号，降低高肽剂量刺激细胞的功能亲和性。IL-4中和抗体能够阻断这种效应并恢复敏感性(118)。生理上，遇到高肽刺激的细胞中IL-4的产生及其自分泌信号可以作为诱导外周耐受的机制。这对TCR- t有影响，TCR发现的努力可能会受到用于筛选反应性的细胞激活“设定值”的阻碍。当然，最近利用噬菌体展示或酵母文库的筛选能力的进步消除了使用T细胞或APC进行初始TCR筛选的需要，这允许在不受T细胞或APC表型影响的情况下鉴定假定的抗原反应性TCR;然而，这些系统可能不是低亲和相互作用的最佳选择(119)，而基于T细胞的系统仍然需要验证TCRs的功能相关性。除了发现TCR的复杂性外，在制造细胞产品时，即使携带相同的TCR，起始群体中不同T细胞的激活阈值也可能不同，影响最终产品的敏感性(118)。可以假设，监测和调整IL-4水平有助于缓解其中一些担忧。此外，激活阈值的微调可以被视为一种福音，在这种情况下，T细胞理论上能够区分肿瘤细胞上抗原水平的增加与正常组织上抗原的低生理水平。由于识别针对肿瘤特异性抗原的TCRs的挑战，能够调节T细胞对靶向过表达的肿瘤抗原如HER-2的敏感性(120)将极大地扩大TCR-T治疗的适应症。

优化扩增培养条件，提高T细胞功能

TCR-T的细胞制造包含了能够扩展tcr工程T细胞的大规模细胞培养，为临床输注做准备。除TCR本身外，有多种因素已被证明影响最终的细胞产物，细胞扩增的培养基成分可在其抗肿瘤能力中发挥重要作用(121)。已经证明T细胞的扩张在体外与生理条件下激活的细胞具有不同的代谢特征，前者获得更多的warburg样代谢，而后者显示更高的氧化代谢率(122)。培养细胞和生理条件细胞之间差异活跃的代谢和信号通路可能会引起人们对这些培养细胞一旦置于生理环境(如患者输注)中的适应性的关注。最近的一项研究探索了几种不同培养基配方对细胞治疗产品的影响，发现暴露于卵巢癌患者腹水中会减少T细胞的IFN-y和肿瘤坏死因子α (TNF-a)的产生，无论扩张条件如何。然而，腹水暴露降低生存能力、细胞因子产生和线粒体活性的程度存在差异，这表明含有不同营养水平的不同培养基配方可以影响T细胞在tme样条件下的恢复能力(123)。此外，在T细胞扩增过程中补充白细胞介素-7和-15可以促进中央记忆表型和强大的抗肿瘤功能(124）;IL-7已被发现可诱导记忆性T细胞上甘油通道水通道蛋白9 (AQP9)的表达，该细胞将甘油导入脂肪酸酯化和甘油三酯合成中以维持生存(125)。更多的研究表明IL-21与IL-15在增强细胞功能和抗肿瘤作用方面具有协同潜力(126,127）;在IL-21培养基中培养的T细胞在糖酵解过程中增加脂肪酸氧化，向中央记忆表型倾斜，并显示衰竭标记物减少(128)。因此，在培养基中添加细胞因子可以对T细胞的代谢和表型产生深远的影响，并可用于产生具有增强的自我更新和分化能力的细胞群。到目前为止，在整个细胞治疗领域还没有标准化的扩展介质条件。通过调节关键代谢产物的水平来优化扩增条件，可以产生在TME中更持久的细胞产物，并在免疫抑制条件下保留更多的抗肿瘤功能。

讨论

利用免疫系统攻击肿瘤是一个活跃的研究领域，TCR-T是一种有前途的治疗方式，它赋予T细胞对抗肿瘤抗原的新特异性。这甚至有可能治疗晚期疾病;事实上，最近发表的一篇病例报告强调了Kirsten大鼠肉瘤病毒(Kras) G12D突变靶向TCR-T介导转移性胰腺癌消退的能力，治疗后6个月仍有反应(3.)。为了确保更多像这样的肿瘤消退病例，需要更深入地了解注入的T细胞如何与免疫抑制TME相互作用，TME具有改变的营养和代谢物特征。代谢在T细胞的适应性和效应能力中起着关键作用，营养条件的某些改变可以完全取消激活。然而，这些代谢物也在肿瘤细胞存活中发挥作用，找到以肿瘤为代价来增强T细胞功能的精确代谢靶点可以导致与TCR-T一起使用新的治疗方法来提高疗效。在这篇综述中，我们重点介绍了几种靶向肿瘤和T细胞代谢以提高抗肿瘤反应的方法。然而，免疫肿瘤学领域最大的挑战之一是肿瘤的异质性，即使在同一种肿瘤中，也不能保证代谢脆弱性是一致的，更不用说跨适应症了。个性化筛查可以帮助识别肿瘤和患者T细胞特有的敏感性;然而，它需要记住肿瘤进化和异质性所设定的限制。此外，代谢是一个平衡问题，正如mTOR靶向的例子所见，扰动必须精确地定时才能产生所需的表型。虽然T细胞的可塑性使它们能够适应不同的营养条件，但在T细胞反应期间的代谢干预增加了向免疫抑制群体(如Tregs)倾斜的可能性，就像在某些条件下mTORC1抑制的情况一样(129)。三维自动化共培养筛选的新方法可以更紧密地模拟T细胞激活的动态，并有助于识别个体代谢扰动对T细胞功能和表型的影响，并识别潜在的增强靶点(130)，也可用于个性化医疗。进一步研究新陈代谢、激活轨迹和在活的有机体内表型将进一步揭示潜在的治疗方案。由于T细胞工程和细胞治疗扩增的性质，除了输注后全身治疗外，还有一个独特的机会窗口来调节输注前T细胞的表型。此外，大多数代谢增强，如营养预处理，是非常具有成本效益和简单的实施-不需要伴随基因工程的冗长的监管批准。

未来的TCR-T方法将寻求缩短工程时间，改善细胞功能和表型，并扩大治疗对更多患者的适用性。尽管TCR-T的初始试验利用患者自己的细胞进行工程(自体细胞治疗)，但这需要为每个个体完成工程和扩增，这是资源和时间密集型的。最近有一种“现成”异体产品的趋势，通过这种产品，健康的供体细胞可以被改造成一个细胞库，然后注入任何hla匹配的患者体内，从而减少时间和工程成本;此外，大量这些细胞的可用性允许重复给药(131,132)。然而，与任何移植方案一样，移植物抗宿主病(GVHD)也引起了人们的关注，人们已经投入了大量精力来防止转移细胞由于异体反应而攻击健康的宿主组织。除了目前测试TCRs异基因反应性的工程控制外(133,134)，抑制内源性TCR的表达(135,136)，将具有记忆表型的细胞注入细胞治疗，可减少GVHD发生的机会(137- - - - - -139)。上面，我们讨论了多种方法，通过影响T细胞代谢来产生更有弹性和多功能的记忆细胞，其中许多方法可以很容易地转化为当前的工程协议。代谢干预是一种有前途的治疗方式，可以增强TCR-T的疗效，从而产生更强健的细胞产物，对TME的免疫抑制作用更有弹性，并表现出优越的抗肿瘤疗效。

作者的贡献

WM，概念化，撰写初稿，以及图形设计。

致谢

作者要感谢BioNTech的研究团队对这项工作的支持。

利益冲突

作者是BioNTech USA的雇员。

出版商的注意

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参考文献

1.Rosenberg SA, Packard BS, Aebersold PM, Solomon D, Topalian SL, Toy ST，等。肿瘤浸润淋巴细胞和白细胞介素-2在转移性黑色素瘤患者免疫治疗中的应用。初步报告。N英语J医学(1988) 319(25): 1676 - 80。doi: 10.1056 / NEJM198812223192527