研究背景
在营养物质匮乏的肿瘤微环境（TME）中，肿瘤细胞和CD8+T细胞会竞争性摄取有限的营养物质，最终导致CD8+T细胞功能出现障碍。已有研究表明，TME中的细胞代谢与脂肪酸氧化（FAO）有关，但在TME中CD8+T细胞的脂质代谢是如何受到调控以及如何通过脂质代谢调控CD8+T细胞的杀伤功能目前尚未阐释清晰。
研究概述
2024年3月，美国北卡罗来纳大学教堂山分校Lineberger综合癌症中心的Jessica E. Thaxton教授研究团队在Cell Metabolism杂志上发表题为“Acetyl-CoA carboxylase obstructs CD8+T cell lipid utilization in the tumor microenvironment”的研究论文，揭示了抑制TME中乙酰辅酶A羧化酶（ACC）的活性和表达可促进线粒体对游离脂肪酸的利用和生物能量的合成，从而提高CD8+T细胞在TME中的生存能力和抗癌效果。
技术路线图
研究结果
功能失调的CD8+TIL中存在脂质累积
从纤维肉瘤中分离出的CD8+肿瘤浸润性T细胞（TILs）和自体脾脏CD8+T细胞的转录组测序和脂质组学分析结果均提示，纤维肉瘤来源的TILs中存在中性脂肪累积。共聚焦显微镜和流式细胞仪结果表明，与正常组织相比，肿瘤组织中的T细胞群中脂质积累显著，并得到了来自结肠腺癌和黑色素瘤小鼠脾脏分离的TILs样本的验证。
随后开展体外验证试验，将肿瘤细胞和T细胞分上下两个腔室共培养，与对照组相比，无营养供应、缺氧和持续的抗原刺激下的TILs中累积了更多的脂滴，且TME中TILs的功能丧失情况会随时间加剧，整体表明在TME中TILs存在脂质异常积累的现象，这与功能失调的T细胞状态有关。
图1. 功能失调的CD8+TIL存在脂质累积
ACC决定CD8+T细胞的脂质组成
转录组学和蛋白质组学结果提示脂质合成相关蛋白ACC1的表达在CD8+TIL和脾细胞中存在显著差异，PCR结果也同样证实了CD8+TIL比外周CD8+T细胞中的ACC1表达更高，表明ACC1在TILs的脂质储存中具有关键影响。
用ND-646（ACCi，ACC1抑制剂）处理可显著降低T细胞中丙二酰辅酶A（可为脂肪酸提供2-碳单元）水平。同样，脂质组学分析发现经ACCi处理后的T细胞中总脂质含量显著降低，敲除ACC1后也观察到同样的现象，这表明ACC活性决定了CD8+T细胞的脂肪生成。
图2. ACC决定了T细胞的脂质组成
ACC抑制重新连接CD8+T细胞代谢
通过代谢组学检测分析ACCi处理和未处理的T细胞的代谢差异，共计鉴定得到69种差异代谢物，短链、中链和长链脂肪酸的线粒体β氧化是最显著富集的途径之一。与对照组相比，ACCi处理后的ATP、乙酰CoA以及TCA中间产物水平均增加，表明抑制ACC后T细胞开始依赖FAO进行能量供给。
使用Seahorse生物分析仪进行的线粒体压力测试，发现在ACC抑制条件下T细胞的备用呼吸能力（SRC，T细胞具有FAO依赖性的一个标志）加强，表明ACC限制了CD8+T细胞中线粒体的生物能量储备能力。
基于GC-MS平台的靶向游离脂肪酸分析结果提示，经ACCi处理的T细胞含有的饱和脂肪酸明显减少，单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸水平增加，表明ACCi处理后的T细胞能够更加高效地进行FAO，使细胞中脂滴减少。
图3. ACC抑制重新连接CD8+T细胞的代谢
ACC限制了营养应激中T细胞的能量合成
通过实验模拟TME的营养应激条件发现，ACC的活性增强导致了T细胞中线粒体ATP合成受损。使用ACCi处理细胞减少ACC的活性，减少了营养胁迫中的脂滴积累，促进了线粒体FAO，并提高了ATP合成水平。这些数据表明ACC限制了营养胁迫中的T细胞生物能量学，抑制ACC有益于改善暴露于TME环境的T细胞中ATP的合成。
图4. ACC在营养应激下限制了T细胞的能量合成
ACCi促进T细胞对肿瘤的免疫力
转录组测序和基因集变异分析表明，ACCi处理的T细胞中与T细胞记忆和干细胞特性相关的基因表达显著增加。此外，通过流式细胞术还发现在ACCi存在下增殖的CD8+T细胞表现出大量的表型重塑。通过透射电子显微镜观察到ACC抑制促进了线粒体健康和ER-线粒体串扰，表明T细胞中的ACC活性改变了细胞器形态。
在体内实验中，ACC抑制改善了黑色素瘤小鼠T细胞肿瘤的控制，并显著延长了生存时间，使活性T细胞在肿瘤中的积累和多功能细胞因子的合成增加。进一步评估了ACCi对人类T细胞的影响，发现ACCi能够减少终末分化的效应记忆T细胞和比例，同时增加中央记忆T细胞，这表明抑制ACC进行代谢重构可以来增强人类T细胞的抗肿瘤免疫反应，是改善癌症患者细胞疗法的潜在策略。
图5. ACCi促进T细胞对肿瘤的免疫
研究结论
本研究通过联合应用代谢组学、脂质组学、蛋白质组学、转录组测序和共聚焦成像等策略，探讨了在肿瘤微环境中，肿瘤浸润性T细胞的代谢状态如何受到影响。最终发现，乙酰辅酶A羧化酶（ACC）的上调使T细胞中出现脂质积累，T细胞的代谢损伤进而影响了其抗肿瘤功能，而抑制ACC则能通过促进线粒体脂肪酸氧化、增加能量供应以增强T细胞对肿瘤的杀伤能力，表明抑制ACC的活性和表达是一种潜在的肿瘤免疫治疗策略。
参考文献
Hunt EG, Hurst KE, Riesenberg BP, et al. Acetyl-CoA carboxylase obstructs CD8+ T cell lipid utilization in the tumor microenvironment. Cell Metabolism. 2024.
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