Cell | 只给T细胞而非肿瘤供糖，解决T细胞治疗肿瘤瓶颈|t细胞|免疫性疾病|细胞治疗|肿瘤细胞|蛋白

撰文|李淡宁

在实体肿瘤的肿瘤微环境（ tumor microenvironment,TME）中，由于癌细胞相较其来源组织具有更高的葡萄糖消耗速率，局部环境中的葡萄糖浓度通常异常降低，这会抑制肿瘤浸润淋巴细胞（tumor-infiltrating lymphocytes,TILs）的功能，从而促进肿瘤进展。纤维二糖（cellobiose）是一种由两个葡萄糖分子组成的二糖，是纤维素的基本结构单元。因多细胞动物的糖转运系统主要仅限于转运单糖以及连接纤维二糖中两个葡萄糖分子的β-1,4-糖苷键无法被哺乳动物的糖苷水解酶有效水解，导致纤维二糖在动物细胞中基本不参与分解代谢。相比之下，在能够降解纤维素的微生物（如真菌和细菌）中，纤维二糖的转运和水解可高效完成。因此，纤维二糖有望为工程化T细胞提供一种专属的葡萄糖来源，因为肿瘤细胞无法利用该底物。是否通果整合纤维二糖转运及水解蛋白基因至相关工程化 T 细胞，赋予 T 细胞利用纤维二糖的能力并增强抗肿瘤功能，其可行性未知。

近日，加州大学洛杉矶分校 Manish J. Butte 团队，在Cell杂志上发表了题为Fungal-derived cellobiose metabolic pathway fuelsT cells to bypass intratumoral glucose competition的文章，报道了该课题组通过整合霉菌纤维二糖转运蛋白及β-葡萄糖苷酶基因至小鼠和人原代T细胞中，可赋予这些T细胞高效分解代谢纤维二糖的能力，从而在葡萄糖缺乏条件下维持T细胞功能。同时, 肿瘤细胞缺乏利用纤维二糖的能力，因此该营养物质可以专门支持T细胞的代谢。使工程化T细胞能够克服肿瘤微环境中的葡萄糖限制，可以增强其清除肿瘤的能力。这一策略还可与人源嵌合抗原受体T细胞（CAR-T细胞）结合，在低葡萄糖环境中增强其效应功能并促进其杀伤肿瘤细胞。

为了使T细胞能够利用纤维二糖作为糖酵解的燃料来源，仅需两种蛋白：(1) 将纤维二糖从细胞外转运至细胞内的转运蛋白；(2) 能够有效水解纤维二糖中连接两个葡萄糖分子的β-1,4糖苷键的β-葡萄糖苷酶。研究人员将来自霉菌 ( Neurospora crassa ) 纤维二糖转运蛋白CDT-1和纤维二糖葡萄糖苷酶GH1-1 克隆至小鼠干细胞病毒（MSCV）载体中，制备工程化细胞，CG-T细胞。转导后的原代 CD8 ⁺ T 细胞结果显示，上述两基因可成功表达并准确定位。随后的数据表明，工程化 CG-T 细胞具备利用纤维二糖的功能。为了进一步检验 CG-T细胞是否能够将纤维二糖分解并进入相应的代谢通路，研究人员在含有低浓度未标记葡萄糖的条件下，将对照T细胞和CG-T细胞与同位素标记的 ¹³ C-纤维二糖（12个碳原子全部标记）共同孵育。结果显示，CG-T细胞中纤维二糖可进入下游的代谢途径；同时低葡萄糖浓度环境下，添加纤维二糖使CG-T细胞的代谢功能得以全面恢复。这表明，通过表达CDT-1和GH1-1，纤维二糖能够有效缓解T细胞在葡萄糖剥夺条件下所经历的严重代谢紊乱。更进一步的实验结果表明，CG-T细胞在低葡萄糖浓度环境下，通过补充纤维二糖，其关键效应功能得以维持，包括细胞增殖和细胞因子产生。

接下来，研究人员在体内进行验证。将三种不同的同系肿瘤细胞系分别皮下接种到小鼠体内： EL4-OVA （淋巴瘤）、B16-ND4敲除型（KO，黑色素瘤）和MC38-OVA（腺癌）。最终EL4-OVA模型因其葡萄糖耗竭程度最为明显，被用于后续的研究。同时研究人员证实CG-T细胞在利用纤维二糖后，并不会向外输出葡萄糖，意味着体内细胞治疗不会对肿瘤提供葡萄糖。紧随其后，研究人员向EL4-OVA模型移植 CG- T 细胞，从 CG- T细胞移植当天开始，以盲法方式每天腹腔注射3次纤维二糖或磷酸盐缓冲液（PBS，对照）。随后使用卡尺测量肿瘤体积，并以肿瘤大小阈值作为生存终点。结果显示，接受纤维二糖注射的小鼠生存率显著提高。30天生存概率：

纤维二糖组为0.67，而PBS组为0.25。 CG- T细胞转移后的中位生存期：纤维二糖组为31天，PBS组为16天。生存风险比（hazard ratio）为2.95（95% CI：1.1–7.8）。在4周时，无进展生存率（PFS）为：纤维二糖组12只中5只（42%），对照组8%。此外，在12只接受纤维二糖治疗的小鼠中，有2只（17%）出现完全缓解，而PBS组没有小鼠长期存活。更进一步数据表明，纤维二糖代谢能够赋予CG-T细胞内在的效应功能增强能力。

CAR-T细胞已成为治疗多种血液系统肿瘤的重要免疫治疗策略。然而，将CAR-T细胞应用于实体肿瘤仍面临挑战，其中一个重要原因是肿瘤微环境（TME）中葡萄糖浓度降低。研究人员将此策略应用至人CAR-T细胞。通过将人T细胞转导标准的抗CD19 CAR构建体，同时，这些T细胞还共转导GH1-1和CDT-1病毒。结果显示，在提供纤维二糖的情况下， CAR-CG-T细胞在低葡萄糖条件下表现出增强的增殖能力。相比之下，在单纯低葡萄糖条件下，无论是对照CAR-T细胞还是CAR-CG-T细胞均表现出较差的增殖能力。此外，当提供纤维二糖时，CAR-CG-T细胞在低葡萄糖条件下的细胞存活率也完全恢复。接着，研究人员测试了纤维二糖是否能够在低葡萄糖条件下提高人源CAR-CG-T细胞的肿瘤杀伤功能。总体而言，纤维二糖能够增强人源CAR-CG-T细胞在低葡萄糖环境中的杀伤能力。随后的更多实验结果表明，CG基因与纤维二糖能够增强人源CAR-T细胞在低葡萄糖环境中的增殖能力、毒性细胞因子产生能力以及肿瘤浸润能力。这些结果为赋予T细胞纤维二糖代谢能力的免疫治疗策略提供了潜在的治疗价值证据。

综上所述，本文结合生物工程及细胞工程，大胆的假设、巧妙的设计工程化T细胞。同时研究人员利用肿瘤细胞不能利用纤维二糖的特性，通过向T细胞导入纤维二糖转运蛋白及糖苷酶，特异性赋能工程化T细胞，使工程化T细胞对肿瘤细胞有害无利。为解决肿瘤细胞治疗中因肿瘤微环境引起的治疗瓶颈，提供了可行的策略。