《细胞》子刊：乳酸让PD-1抑制剂变身“毒药”

免疫检查点抑制剂（ICB）为临床肿瘤大夫装备了新的武器弹药，以便更有效地狙击肿瘤。PD-1抑制剂里面的佼佼者，也是最早通过临床实验用于治疗的药物。

PD-1抑制剂的作用机制是靶向结合效应CD8+ T细胞上面的PD-1（促耗竭分子），以维持效应T细胞的存活及加强其杀伤肿瘤细胞的功能。

但是，目前PD-1抑制剂治疗肿瘤的有效率还不足一半，这也是让无数科学家和临床大夫非常沮丧和头疼的问题。

为了进一步提高PD-1抑制剂在临床上的使用功效，大量的药物抵抗机制也被陆续发现，科学家也希望通过针对这些机制研发出更有效的协同治疗药物。

有趣的是，除了CD8+T细胞，科学家还发现Treg（调节性T细胞）也能表达PD-1分子，而且，PD-1+CD8+T细胞与PD-1+Treg细胞在肿瘤内的平衡决定了PD-1抑制剂对肿瘤患者的治疗是否有效[1]。可是，决定这种平衡的机制却不得而知。

近日，日本名古屋大学Hiroyoshi Nishikawa（西川博嘉）教授及其团队从代谢角度获得了重磅发现。该研究也发表于Cancer cell杂志[2]。

他们发现，在低葡萄糖的高糖酵解代谢肿瘤内，包括高MYC表达的肿瘤以及肝转移癌，Treg细胞会主动摄取乳酸，引起PD-1表达水平增加。在这种情况下，PD-1抑制剂治疗会激活PD-1+Treg，导致PD-1+CD8+T进一步被抑制，最终导致了治疗的失败。

因此，他们提出，在高糖酵解代谢的肿瘤微环境中，乳酸是决定Treg功能一个十分有效的检查点。

现在让我们来看看他们是如何开展这一研究的。

首先，Nishikawa团队检测影响Treg表达PD-1的因素。

通过GSEA分析Nishikawa和他的同事发现，相较于Treg细胞低表达PD-1（PD-1low Treg）的肿瘤组织，Treg细胞高表达PD-1（PD-1high Treg）的肿瘤组织表现出高糖酵解和MYC通路激活的转录表达谱。进一步分析发现，相较于MYC低表达（MYClow）肿瘤，他们在MYC高表达（MYChigh）肿瘤中观察到了更高比例的Treg细胞，而CD8+T细胞的比例降低，且PD-1+ Treg细胞占比也增多。

那么，为什么高糖酵解环境可以对CD8+T和Treg细胞的表现造成这么大差异呢？里面又隐藏着什么样的奥秘？

接下来，Nishikawa团队从非小细胞肺癌中分离出PD-1+ 和PD-1？ CD8+ T ，以及PD-1+ 和PD-1？ Treg这四种肿瘤浸润T细胞。

基因富集分析发现，MCT1（Slc16a1）在PD-1+ Treg细胞中高表达。这引起了Nishikawa团队的注意，因为MCT1是乳酸出入的通道，而乳酸是糖酵解的最终产物。那乳酸是不是有可能就是影响PD-1表达的始作俑者呢？

为了验证这一猜想，他们检测了肿瘤中的乳酸浓度，结果发现PD-1high Treg 肿瘤中乳酸浓度比PD-1low Treg肿瘤中明显更高。同时，也确定了PD-1+ Treg细胞能够能显着高表达与乳酸代谢相关分子（MCT1和LDHB），而PD-1+ CD8+T细胞中这些分子的表达量却呈现出下降趋势。CHIP-seq分析也发现slc16a1和与它的关系密切的分子bsg这两个基因序列中存在FOXP3结合位点[3]。

之后，在体外实验中，Nishikawa团队用不同浓度的乳酸去处理 CD8+ T细胞和Treg细胞，结果证明，Treg中PD-1的表达量随着乳酸浓度的增加而增高，而CD8+T中PD-1的表达量与乳酸浓度呈现出相反的关系。

下一步，Nishikawa团队去分析了MCT1分子与不同T细胞亚类PD-1表达量之间的关系。首先，他们用MCT1的抑制剂（AR-C155858，MCT1i）分别去处理CD8+T和Treg细胞。MCTi能够降低Treg表达PD-1，但CD8+T细胞表达PD-1却增高了。在高浓度的乳酸条件下，敲除Slc16a1的Treg对CD8+T的抑制能力也有所减弱。这些结果均表明MCT1在介导Treg在高乳酸条件下的功能起着重要的作用。

那么，PD-1抑制剂是否能够激活高乳酸条件下Treg的功能呢？

Nishikawa团队发现，在低乳酸条件下，PD-1抑制剂可以激活CD8+T细胞，但不影响Treg细胞对CD8+T细胞的抑制功能。

而在高乳酸的条件下，情况却发生了改变，使用PD-1抑制剂之后，Treg对CD8+T细胞的抑制作用会明显加强。这表明，在高乳酸环境中，PD-1抑制剂会更倾向激活PD-1+Treg细胞，因此CD8+T的功能会进一步被抑制。

前面也提到MYC与PD-1+Treg关系密切。接下来，为了进一步剖析MYC对T细胞上PD-1表达的影响。Nishikawa团队建立了MYC过表达MC38（MC-38Myc）和B16-OVA（B16-OVAMyc）细胞模型。

他们发现，相较于对照组，MC-38Myc和B16-OVAMyc在体内和体外都能够产生更多的乳酸。体内实验显示MC-38Myc不管在免疫缺陷鼠还是免疫正常鼠中，都会导致更大的肿瘤负荷。在免疫正常小鼠中，MC-38Myc肿瘤比对照组呈现出更少的CD8+T细胞浸润。

PD-1的表达趋势也与上面的发现一致，MC-38Myc组中的Treg细胞呈现出更高的表达量，而CD+8细胞上面的PD-1却明显减少。同样的现象也在B16-OVAMyc模型中复现。

之后，Nishikawa团队用PD-1抑制剂去处理MC-38Myc小鼠模型。结果显示，PD-1抑制剂处理后，小鼠肿瘤中的Treg细胞表达更多与激活和增殖相关的标志物（CTLA-4，ICOS，GITR和Ki67）。而PD-1抑制剂却没能够增加TNF-α+IFN-γ+CD8+T细胞的比例。

因此，根据这些发现，他们得到结论：在MYC高表达的肿瘤中，乳酸增加了Treg的PD-1的表达量，PD-1抑制剂能够激活Treg细胞，从而导致了PD-1抑制剂的失效。

已有研究证明，肝转移癌中糖酵解水平很高[4]。在临床样本中，Nishikawa团队也发现Treg细胞PD-1表达量上调。

为了进一步确认这个现象，他们将MC38或者B16-OVA细胞分别于皮下，肺内或者肝脏内种植。相较于其它种植方式，肝内种植可以产生更高的乳酸。而且，与过表达MYC产生的影响一样，肝内种植方式能够减少PD-1在CD8+T细胞上表达，而增高其在Treg细胞上的表达。这样同样限制了PD-1抑制剂治疗的有效性。

既然PD-1+Treg细胞是导致PD-1抑制剂对MYC高表达肿瘤失效的罪魁祸首，那么，如果我们主动地去抑制其中Treg的功能，问题是不是就能够得到解决呢？

带着这个疑问，Nishikawa团队在MC-38Myc模型中敲减Ldha基因（MC-38Myc-LdhaRNAi），观察到相比于MC-38Myc，MC-38Myc-LdhaRNAi肿瘤表现出相反的特点，即：更多的CD8+T细胞浸润，CD8+T的PD-1表达量增多，Treg细胞功能减弱。

当用PD-1抑制剂去处理小鼠时，MC-38Myc-LdhaRNAi组小鼠的治疗功效大大提升。同样，如果运用乳酸抑制剂也能得到一致的结果。另外，他们也在MCT1（乳酸转运通道）阻断模型中观察到了一致的现象。

前面也提到，肝转移癌和MYC过表达模型呈现相似的特点。所以，Nishikawa团队同样将抑制乳酸和抑制MCT1模型运用到了肝转移癌实验中。实验结果很一致，即抑制乳酸或者MCT1均可增强PD-1抑制剂在肝转移癌中抗肿瘤作用。（生物谷 Bioon.com）