JITC：科学家发现二甲双胍抗癌新机制！瘤内T细胞缺氧，二甲双胍能救场

近日，由比利时鲁汶大学Benoit J Van den Eynde和Veronica Finisguerra领衔的研究团队，在著名期刊《癌症免疫治疗杂志》（JITC）发表重要研究成果[1]。

他们发现，二甲双胍可以通过减少活性氧产生的方式，将CD8阳性T细胞从缺氧引起的细胞凋亡和免疫抑制中解救出来，增强T细胞的增殖和细胞因子的产生，抑制PD-1和LAG-3表达的上调。

重要的是，二甲双胍能在不同的肿瘤模型中增强肿瘤对免疫疗法的反应。

论文首页截图

缺氧是大多数实体瘤的共同特征。

瘤内缺氧不仅会降低CD8阳性T细胞的抗癌能力，甚至还会将CD8阳性T细胞排除在缺氧的肿瘤区域之外。因此，改善CD8阳性T细胞在缺氧条件下的生存能力和效应功能，或许能改善肿瘤对免疫治疗的反应。

Finisguerra和她的同事们注意到，早在几年前就有研究发现，二甲双胍可以保护肿瘤浸润性CD8阳性T细胞免于凋亡和耗竭[2]，但背后的分子机制仍不明确。因此，她们想知道二甲双胍的这种保护作用是不是与抗缺氧有关。

她们先在小鼠体内采集CD8阳性T细胞，将它们放在正常条件下培养4天，然后分别转移到氧气含量为21%或1%的环境中培养1-3天。不同氧气条件下培养的T细胞长势差别很明显，与常氧环境培养的T细胞相比，暴露在缺氧环境中的T细胞数量和扩增量减少；不仅如此，缺氧还增加了T细胞凋亡，减少了T细胞的增殖。

有意思的是，当用二甲双胍处理CD8阳性T细胞时，缺氧环境中培养的T细胞数量和增殖的减少，以及T细胞凋亡的情况得到了部分缓解。这表明，二甲双胍可能直接改善了CD8阳性T细胞在缺氧条件下的生存能力。

二甲双胍对T细胞的增殖和凋亡的影响

二甲双胍的作用远不止这些。

Finisguerra还发现，缺氧导致的T细胞免疫检查点标志物PD-1和LAG3表达增加，也能被二甲双胍抑制。此外，缺氧导致的T细胞干扰素（IFN）-γ和肿瘤坏死因子（TNF）-α产生减少，也能被二甲双胍逆转。

二甲双胍对T细胞功能的影响

这些初步研究结果表明，二甲双胍对暴露于缺氧环境中的CD8阳性T细胞有直接好处，通过下调耗竭标志物的表达和增强细胞因子的产生，将T细胞从生长停滞和凋亡中解救出来，并恢复CD8阳性T细胞的效应功能。

在体内试验中，Finisguerra采用了过继细胞治疗（ACT）黑色素瘤小鼠模型。结果发现，在饮用水中加入二甲双胍之后，CD8阳性T细胞浸润肿瘤的能力增加，尤其是对肿瘤缺氧区的浸润。如果将二甲双胍和环磷酰胺（CTX）联合使用的话，会进一步提高浸润T细胞在肿瘤缺氧区的持久性和存活率，从而提高肿瘤对免疫治疗的反应。

二甲双胍对T细胞浸润肿瘤的影响

体外和体内实验都证实了二甲双胍促进T细胞对缺氧耐受的作用，Finisguerra等的研究进一步揭示了背后的分子机制，原来二甲双胍可以减少缺氧时CD8阳性T细胞内ROS的积累，防止线粒体功能紊乱和氧化性DNA损伤，从而直接改善CD8阳性T细胞的生存和功能。

随后Finisguerra和她的同事又在人体CD8阳性T细胞中复现了上述研究结果，证实二甲双胍对人体CD8阳性T细胞有类似的作用。

二甲双胍对缺氧人CD8阳性T细胞的影响

在研究的最后，Finisguerra和她的同事探索了二甲双胍和PD-1抑制剂联用的效果。

在对PD-1抑制剂耐药的B16F1黑色素瘤小鼠模型中，二甲双胍联合CTX预处理让肿瘤对PD-1抑制剂有了反应。不过，二甲双胍联合PD-1抑制剂没有影响CD8阳性T细胞的浸润，而是增加了肿瘤缺氧区CD8阳性T细胞的存活率。

在对PD-1抑制剂敏感的MC38结直肠癌小鼠模型中，与单独使用PD-1抑制剂治疗相比，二甲双胍的加入增强了PD-1抑制剂抗肿瘤的能力，让11只小鼠中的8只肿瘤消失，而单独使用二甲双胍或抗PD-1治疗的小鼠中，分别仅有1只（1/9）或4只（4/9）实现了肿瘤消失。

二甲双胍能增强PD-1抑制剂的抗肿瘤能力

总的来说，Finisguerra团队的这项研究揭示了二甲双胍抑制肿瘤浸润CD8阳性T细胞凋亡和耗竭的分子机制，发现了二甲双胍能促进CD8阳性T细胞对缺氧耐受的全新机制。

更重要的是，她们发现二甲双胍的这一作用可以在体内和人体细胞中复现，这对于改善免疫治疗的临床效果有重要的意义。

值得一提的是，在去年10月份，加拿大多伦多大学的研究人员基于2期临床试验发现，二甲双胍还可以逆转肿瘤的缺氧状态，提高局部晚期宫颈癌患者的两年无病生存率[3]，不过背后的机制也不明确。

将这两个研究结合起来看，二甲双胍对于缺氧的实体瘤可能有潜在的双重作用，值得在缺氧的实体瘤中开展更深入的研究。

参考文献：

[1].Finisguerra V, Dvorakova T, Formenti M, et al. Metformin improves cancer immunotherapy by directly rescuing tumor-infiltrating CD8 T lymphocytes from hypoxia-induced immunosuppression. J Immunother Cancer. 2023;11(5):e005719. doi:10.1136/jitc-2022-005719

[2].Eikawa S, Nishida M, Mizukami S, Yamazaki C, Nakayama E, Udono H. Immune-mediated antitumor effect by type 2 diabetes drug, metformin. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015;112(6):1809-1814. doi:10.1073/pnas.1417636112

[3].Han K, Fyles A, Shek T, et al. A Phase II Randomized Trial of Chemoradiation with or without Metformin in Locally Advanced Cervical Cancer. Clin Cancer Res. 2022;28(24):5263-5271. doi:10.1158/1078-0432.CCR-22-1665