Cell Metabolism：乙酰辅酶A羧化酶通过能量代谢影响CD8+ T细胞在肿瘤微环境中的功能

2024年3月，美国北卡罗来纳大学等单位的研究人员在《Cell Metabolism》(IF: 29.0) 期刊上发表了一篇题为“Acetyl-CoA carboxylase obstructs CD8⁺ T cell lipid utilization in the tumor microenvironment”的研究论文，揭示了实体肿瘤中乙酰辅酶A羧化酶(ACC)的表达阻碍了CD8⁺T 细胞对脂肪酸氧化的能量利用，为肿瘤免疫治疗策略提供了新的思路。

亮点概述：

肿瘤微环境诱导功能失调的CD8⁺ 肿瘤浸润性T细胞(TILs)中脂滴(LD)的积累。
乙酰辅酶A羧化酶(ACC)介导CD8⁺ T细胞中LD的积累。
抑制CD8⁺T细胞中的ACC促进脂肪酸的氧化。
抑制ACC可促进CD8⁺ TILs的持久性和肿瘤控制。

研究背景：

T细胞是适应性免疫的一个子集，具有强大的细胞毒性作用，可促进对癌症的控制。然而，在实体肿瘤微环境(TME)中，T细胞功能丧失，限制了其对癌症的控制，其中一个原因是实体TME的营养资源有限，肿瘤细胞和免疫细胞必须竞争这些营养资源来促进细胞功能。进入TME后，T细胞群经历了广泛的应激和不稳定的营养，从而导致翻译衰减和代谢功能障碍。

已经确定的是，在非免疫细胞类型中禁食状态迫使细胞代谢从利用糖酵解向线粒体内的脂肪酸氧化(FAO)转变，以维持营养应激下的能量合成。研究表明，具有较高FAO活性的T细胞产物能够延长和增强T细胞的抗肿瘤功能，但大多数内源性肿瘤浸润性T细胞(TILs)似乎在利用FAO的能力方面受到限制。然而，对于实体TME中CD8⁺ T细胞如何调节脂质生物学，以及在TILs中限制以FAO为基础的代谢利用的分子机制，人们仍然知之甚少。

细胞质脂肪酸合成(FAS)直接对抗线粒体脂肪氧化，并由乙酰辅酶A羧化酶(ACC)控制。已知ACC酶的两种亚型，ACC1和ACC2，它们由不同的基因编码，并根据组织和细胞类型进行差异表达。到目前为止，ACC1/2能力如何影响实体肿瘤营养应激状态下CD8⁺ T细胞的功能和生物能量学尚不清楚。

研究人员首先对从MCA-205纤维肉瘤分离的CD8⁺ TILs和从脾脏中分离的CD8⁺ T细胞进行了RNA测序(RNA-seq)，探索与代谢预后不良相关的基因特征。基因集富集分析(GSEA)发现，相对于自体脾脏细胞，CD8⁺ TILs显著富含与异常循环脂类相关的基因，表明不规则的脂质聚集可能会影响肿瘤中的CD8⁺T细胞。基于上述结果，研究人员进行了脂质组学研究，结果与RNA-seq一致，与从脾脏分离的CD8⁺ T细胞相比，CD8⁺ TILs的脂质丰度增加了1.5倍。CD8⁺ TILs中的大多数脂质类别，包括甘油三酯(TAGs)、甘油二酯(DAGs)、磷脂酰胆碱(PCs)、磷脂酰甘油(PGs)、磷脂酰肌醇(PIs)和磷脂酰乙醇胺(PEs)显著增加。总之，这些数据表明，相对于外周CD8⁺T细胞，肿瘤中的T细胞含有更多的脂质。此外，利用共聚焦成像技术和光谱流式细胞术，研究人员在多种实体肿瘤模型中观察并确认CD8⁺ TILs中LD的积累。

CD8⁺ TILs表现为脂肪变性

接下来，使用RNA-seq与蛋白质组学筛选相结合，研究人员观察到在小鼠和人类的CD8⁺ TILs中ACC1被诱导，与脂肪变性(脂肪变性指中性脂质的积累，最终导致以LD的形式增加TAGs的储存)的增加同时发生。为了评估ACC1/2对CD8⁺T细胞脂肪生成的贡献，研究人员进行了脂质组学分析, 比较了在载体对照或ACCi(ACC的有效抑制剂：ND-646)处理后CD8⁺ T细胞之间的脂质含量。结果与预期的一样，ACCi处理后，T细胞的总脂质含量显著降低，表明抑制ACC活性降低了T细胞中的脂质生物合成。在主要脂类中，与对照组相比，ACCi处理的T细胞中的TAGs、DAGs、PCs、PGs和磷脂酰丝氨酸(PSs)显著减少。这些变化表明，在ACC活性受限的情况下，T细胞的脂质生物合成出现了全面的缺陷。总之，这些数据证实了ACC的活性决定了CD8⁺ T细胞的脂肪生成。

ACC活性决定了T细胞的脂质组成

通过抑制ACC，脂肪生成减少，促进游离脂肪酸氧化以获取能量。因此，研究者对肽激活的OT-1 T细胞进行代谢组学研究，在ACCi存在或不存在的情况下激活并扩增7天，以确定该处理是否会在CD8⁺ T细胞中产生代谢变化。在检测到的213种代谢产物中，有69种代谢物在组间有差异调节。火山图中可看出在ACCi处理的T细胞组中，大量差异调节的代谢物增加。定量富集分析(QEA)结果表明，短链、中链和长链脂肪酸的线粒体β氧化是显著富集的途径之一。与对照组相比，ACCi处理组的T细胞中短链、中链和长链脂肪酸的线粒体β氧化的富集特征是由ATP和乙酰辅酶A的丰度增加驱动的。由于FAO产生的乙酰辅酶A可以进入TCA循环，提供 NADH 和 FADH2，依次在线粒体电子传输链中产生 ATP。于是，研究人员探究了T细胞组中与TCA活性相关的代谢物。结果显示ACCi处理的T细胞中大多数TCA中间体增加，包括α-酮戊二酸(α- KG)、富马酸和苹果酸。总之，这些数据表明，ACCi处理的T细胞中存在着对FAO依赖的重要的代谢重塑。

抑制ACC重塑CD8⁺T细胞代谢

最后，研究人员通过体内外实验观察到，在小鼠和人类T细胞中抑制ACC会产生具有与T细胞干性和寿命相关的表型特征的T细胞库。用ACC抑制剂调节或缺乏ACC1的CD8⁺ T细胞可增强对黑色素瘤的控制，其特点是体内持久性和多功能性增加。总的来说，研究表明通过抑制ACC进行代谢重组是改变人类免疫力的一种潜在策略，该方法可以改善癌症患者的细胞治疗结果。