编译：贾淞淋；审校：缪长虹自然杀伤（NK）细胞可通过不同的方式消灭肿瘤细胞，且无需提前致敏，因此，NK细胞已成为肿瘤免疫治疗中的一个重要靶点。然而NK细胞在临床实体肿瘤的疗效仍然很差，需要进一步的研究来发掘其治疗潜力。肿瘤微环境（TME）的免疫抑制作用限制了NK细胞的活性。TME中肿瘤和其他免疫细胞为肿瘤增殖创造适当的条件，同时抑制NK细胞激活。由于TME中营养和氧气缺乏，以及肿瘤来源的代谢终末产物（如乳酸）浓度较高，NK细胞代谢受损，限制了其正常免疫功能的发挥。年Terrén等人在《FrontImmunol》发表了一篇题为《NKCellMetabolismandTumorMicroenvironment》的综述，总结分析了TME对NK细胞代谢的潜在影响及其对NK细胞作用功能的影响。现介绍如下：引言NK细胞是肿瘤免疫治疗中的重要靶点，其免疫活性取决于激活和抑制信号之间的平衡，对肿瘤细胞有直接杀伤作用。目前NK细胞已在几种恶性肿瘤的临床治疗中显示一定疗效，但其治疗实体瘤的疗效远未达到预期效果。限制NK活性的主要原因是TME中的免疫抑制作用。TME中肿瘤和肿瘤相关细胞产生并分泌直接或间接抑制NK细胞激活的因子，包括白细胞介素（IL）-6、IL-10、转化生长因子-b（TGF-β）、前列腺素E2（PGE2）和吲哚胺2,3-二氧化酶（IDO），下调NK细胞激活受体，如NKp30，NKp44或NKG2D和肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）。NK细胞接收TME中抑制性受体（如CD94/NKG2A）的信号，这些受体与暴露在实体肿瘤（肺、胰腺、胃、结肠、头颈部和肝脏肿瘤组织）表面的HLA-E结合，打破NK细胞激活和抑制信号之间的平衡，从而抑制NK细胞的激活。此外，TME也参与调控NK细胞代谢，影响其免疫活性。病理条件（如肥胖或病毒感染）下，NK细胞的代谢模式会发生改变。肿瘤治疗中，细胞因子刺激和/或扩增的NK细胞可用于转移性细胞治疗。肿瘤背景下，多种因素一起调节NK细胞代谢。TGF-β可下调激活受体和效应器功能的表达，同时通过改变NK细胞代谢限制其激活。最近研究发现，TGF-β可降低IL-2诱导的人NK细胞线粒体代谢，包括氧化磷酸化（OXPHOS）和最大呼吸；肝脏TME中NK细胞线粒体应激，包括线粒体质量减少和活性氧（ROS）产生增加，与NK细胞免疫抑制相关。作者在本综述中系统讨论了TME如何影响NK细胞代谢，从而削弱它们的抗肿瘤活性（图1）。图1：肿瘤微环境影响NK细胞代谢和效应器功能。肿瘤衍生代谢物除免疫抑制因子外，TME中还积累了大量肿瘤来源代谢物，如腺苷和乳酸。缺氧的TME导致腺苷浓度明显增加，在免疫调节中起重要作用。缺氧同时促进ATP和AMP的释放，胞外核苷酸酶CD39和CD73催化细胞外ATP转化为AMP，AMP转化为腺苷。通过腺苷A2A受体（A2AR）抑制NK细胞免疫效应。最近的一篇文章表明，腺苷可通过抑制人NK细胞的氧化磷酸化和糖酵解能力来损害IL-12/15刺激的人NK细胞的代谢活性。在腺苷的存在下，干扰素γ（IFNγ）产量增加，同时NK细胞的细胞毒性降低，这表明这两种NK细胞效应功能的代谢需求不同；IL-15刺激的NK细胞对A肿瘤细胞的杀伤能力下降。IFNγ产生增加可能是由于暴露于腺苷的IL-12/15刺激的NK细胞中磷酸甘油醛脱氢酶下调导致。虽然有研究发现：磷酸甘油醛脱氢酶可以与IFNγmRNA结合并阻止其翻译，然而这种转录抑制机制尚未在NK细胞中验证，必须考虑参与IFNγ产生调控的其他机制。另一方面，乳酸和低pH可降低NK细胞的免疫活性。NK细胞暴露于乳酸可阻断其在刺激后的IFNγ产生。活化T细胞核因子（NFAT）参与IFNγ的转录，乳酸可抑制NFAT的上调。小鼠NK细胞摄取乳酸导致细胞内酸化和能量代谢受损。在用乳酸处理的肝脏内的NK细胞中也得到了类似的结果：细胞内pH和ATP降低，促进凋亡。肿瘤的代谢重编程导致TME中乳酸积累，主要使用葡萄糖进行糖酵解代谢，而不是通过氧化磷酸化代谢。这种由多种因素如缺氧和癌基因诱导的肿瘤细胞的加速糖酵解可能是抑制NK细胞活性的罪魁祸首，因为它不仅导致乳酸积累，而且还降低了TME中的葡萄糖可利用性。由于NK细胞强烈依赖葡萄糖代谢来发挥其效应功能，限制葡萄糖来源可能会严重抑制其抗肿瘤活性。葡萄糖限制免疫细胞需要葡萄糖才能生存，为保证能量和生物合成需求，激活后能量消耗增加。NK细胞可通过不同代谢途径利用葡萄糖产生ATP和NADPH，或作为碳源合成氨基酸和脂肪酸。NK细胞表达GLUT1、GLUT3和GLUT4三种葡萄糖转运蛋白，人NK细胞中还表达GLUT8和H+/肌醇共转运体（HMIT或GLUT13）。当然大多数研究都集中在GLUT1上，因此GLUT家族其他葡萄糖转运蛋白的表达和调节尚不清楚。在细胞因子刺激下，NK细胞增加GLUT1表达，同时葡萄糖摄取和糖酵解增加。糖酵解途径与活化NK细胞功能相关，包括IFNγ和颗粒酶B的产生、细胞毒性和细胞增殖。研究证实：葡萄糖剥夺可抑制T细胞的抗肿瘤活性，且TME中的代谢竞争可通过损害肿瘤浸润性T细胞的抗原特异性反应调节肿瘤的进展。因此，TME中肿瘤驱动的葡萄糖限制可能减少NK细胞的糖酵解，从而损害其抗肿瘤功能。小鼠肺癌模型发现：肺癌TME中NK细胞的糖酵解率较低，细胞毒性和细胞因子产生减弱。此外，肺癌TME中NK细胞中一种抑制糖酵解的酶（果糖-1，6-二磷酸酶，FBP1）的表达增加，抑制FBP1可恢复NK细胞的功能效应。Assmann等人分析了细胞因子刺激下NK细胞的代谢重编程，并描述了柠檬酸-苹果酸穿梭的相关性及其受固醇调节元件结合蛋白（SREBP）的调节。结果发现：SREBP活性对于维持高水平的糖酵解和NK细胞效应功能至关重要，包括细胞毒性、IFNγ和颗粒酶B的产生。SREBP抑制剂如27-羟基胆固醇，在乳腺、胃和结直肠肿瘤患者TME中中表达升高。同时，柠檬酸-苹果酸穿梭依赖于葡萄糖代谢，因此有必要深入研究肿瘤浸润性NK细胞中SREBP的调节以及测试这种代谢途径是否在葡萄糖浓度降低的TME中保守。此外，还需了解TME中与NK细胞代谢和功能相关的其他介质，如AMP激活蛋白激酶（AMPK）、糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）、二酰甘油激酶（DGK）、调节因子X7（Rfx7）或X盒结合蛋白1（XBP1）。雷帕霉素（mTOR）是一种促进糖酵解途径的中枢代谢调节剂，mTOR与NK细胞激活和代谢重编程相关。mTOR对营养成分的有效性敏感，TGF-β可阻断mTOR，从而抑制NK细胞的代谢和功能。营养缺乏的TME中可能表达高浓度的TGF-β，抑制mTOR从而限制NK细胞的效应功能。氨基酸耗竭除葡萄糖外，氨基酸也是细胞的一种重要燃料。TME中肿瘤细胞氨基酸消耗增加，并与肿瘤相关细胞协同产生营养耗尽的微环境。有研究显示：低浓度的精氨酸可损害NK-92细胞系和原代人NK细胞的增殖和IFNγ产生；缺失亮氨酸、精氨酸和谷氨酰胺可抑制mTOR信号转导。mTOR在糖酵解途径调节中起关键作用，因此其信号级联的损伤可导致NK细胞效应功能降低。mTOR可维持转录因子cMyc的初始表达，在IL-2/12刺激的NK细胞的代谢重编程中发挥重要作用；SLC7A5转运体的谷氨酰胺和氨基酸运输有助于cMyc的持续表达。氨基酸是NK细胞发挥功能所必需，尽管一些氨基酸如mTOR或cMyc仅用于维持其他代谢调节因子的信号传导，而非用作燃料。谷氨酰胺的分解可在不降低NK细胞功能反应的情况下被抑制；限制谷氨酰胺不会损害受体诱导的小鼠NK细胞产生IFNG。靶向氨基酸代谢可在不损伤NK细胞功能的情况下通过减少肿瘤营养供应来增强基于NK细胞的治疗。因此，彻底探索NK细胞的代谢需求，有助于更好的挖掘临床肿瘤治疗策略。此外，肿瘤和肿瘤相关细胞的氨基酸消耗还可导致TME中免疫抑制分解代谢产物的积累。髓系源抑制细胞（MDSCs）可上调精氨酸酶和诱导型一氧化氮合酶（INOS）。这两种酶都以精氨酸为底物，并分解代谢转化为一氧化氮（NO）。乳腺癌小鼠模型中发现：NO可损害NK细胞抗体依赖的细胞毒性，抑制iNOS可以改善这一作用。肿瘤和肿瘤相关的树突状细胞和成纤维细胞表现出IDO表达增加，分解代谢色氨酸转化为犬尿氨酸。L-犬尿氨酸可以通过SLC7A5转运体运输，抑制NK细胞增殖，并在体外抑制IL-2诱导的人NK细胞NKp46和NKG2D受体的上调和细胞因子的产生。低氧大多数实体肿瘤表现出高耗氧量和无组织血管化，导致产生永久性或短暂的缺氧区域。细胞通过低氧诱导转录因子家族（HIF）适应这种低氧条件，与HIF-1a促进或维持糖酵解代谢的其他细胞一致，低氧下NK细胞的大多数失调基因与代谢和生物合成过程有关。IL-15与短期缺氧协同诱导NK细胞糖酵解途径相关基因的上调。鉴于糖酵解与NK细胞功能的相关性，NK细胞可能在缺氧环境中保持其部分功能。现有研究表明，低氧环境并不能完全阻断NK细胞反应。目前尚不清楚HIF-1a及其对糖酵解活性的影响是否对NK细胞的效应功能起重要作用。据报道，HIF1a?/?NK细胞对IL-2/12刺激具有正常的代谢和效应功能，有必要深入研究低氧条件下NK细胞的HIF-1a、代谢和效应反应之间的关系。此外，缺氧条件可下调与免疫调节功能相关的基因以及诸如NKp30、NKp46或NKG2D等激活受体的表达，有助于降低NK细胞效应功能。低氧亦可通过自噬降解NK细胞来源的颗粒酶B等其他机制促进肿瘤免疫逃避。有报道称：IL-2-启动可上调上述激活受体的表达，改善NK细胞的细胞毒性，从而改善缺氧的抑制作用。基于细胞因子（包括IL-2、IL-12、IL-15、IL-18和IL-21）的NK细胞刺激的抗肿瘤治疗策略，需要研究者进一步分析探索这些细胞因子启动和扩增的NK细胞在缺氧条件下的效应功能。影响NK细胞代谢的其他因素如前所述，NK细胞代谢可受到多种因素调节，其中一些可能对抗肿瘤治疗产生影响。最近研究显示，肥胖可抑制mTORC1激活，限制NK细胞的抗肿瘤反应；来自肥胖个体的NK细胞在细胞因子刺激后代谢反应降低。因此基于白细胞介素管理的治疗可能会降低这些患者的疗效。相反，NK细胞代谢在成人和儿童中存在差异调节，肥胖儿童的NK细胞在基础水平和细胞因子刺激下表现出更高水平的糖酵解和mTORC1激活。慢性感染与效应淋巴细胞耗尽有关，并且耗尽的T细胞表现出不同的代谢模式。已经描述了NK细胞也可以在肿瘤进展或慢性感染期间耗尽。因此，深入研究NK细胞的代谢需求，并进一步测试病毒感染和肿瘤诱导的代谢重编程是否可以驱动NK细胞耗竭，有助于寻找新的NK细胞相关的治疗靶点和策略。
“论肿道麻”点评
NK细胞的效应功能取决于其代谢过程。在转录、翻译或修饰过程中，IFNγ的产生可在不同水平上进行代谢调节。在限制性TME中，NK细胞代谢及其抗肿瘤反应受损。TME中肿瘤细胞与T细胞竞争葡萄糖，驱动肿瘤的病理进展；高度糖酵解的TME环境通过多种机制损害T细胞抗肿瘤反应，NK细胞同样如此。葡萄糖是NK细胞的关键营养来源，TME的代谢竞争可抑制其发挥正常功能效应。除葡萄糖外，氨基酸可用性降低和肿瘤来源代谢物的积累也对NK细胞功能产生实质性影响。因此，以提高NK细胞功能为基础的靶向肿瘤代谢，将会是潜在的临床治疗策略。调节NK细胞代谢可使其更有效地竞争TME中的营养，不容易受缺氧驱动的抑制。用不同的细胞因子组合刺激可上调营养转运蛋白的表达、增强糖酵解和氧化磷酸化，提高NK细胞代谢竞争力、适应性和可塑性，从而使其在TME中发挥正常的效应功能。IL-2、IL-15或IL-18刺激NK细胞可增加氨基酸转运蛋白的表达。IL-15可在无谷氨酰胺培养基以及用依托莫司抑制脂肪酸氧化的过程中刺激鼠源NK细胞产生IFNγ。IL-15激动剂ALT-预处理可分别赋予脱氧抗D-葡萄糖或雷帕霉素对糖酵解或mTORC1的抑制作用。然而持续暴露于IL-15可导致NK细胞功能衰竭，并伴随着线粒体活性的降低。因此，深入探索NK细胞的代谢过程，以了解如何对其进行修饰以抵抗代谢限制性TME，从而保持NK细胞对肿瘤的杀伤效应意义重大。免疫细胞代谢作为新兴的研究领域，已被证明与NK细胞发挥效应功能有关。更准确地揭示TME对NK细胞代谢的影响，有助于临床开发基于NK细胞的有效肿瘤免疫治疗策略。（编译：贾淞淋；审校：缪长虹）
原始文献：I?igoTerrén,AneOrrantia,JoanaVitallé,OlatzZenarruzabeitiaandFranciscoBorrego.NKCellMetabolismandTumorMicroenvironment.Front.Immunol.,24September
