正文
乳酸在大多数实体肿瘤中丰富，不仅具有“滋养功能”，还引发多种免疫抑制机制。
例如，乳酸已被证明在黑色素瘤和结直肠癌（CRC）的小鼠移植模型中，通过限制丙酮酸羧化酶补充三羧酸循环中间体来抑制CTL介导的细胞毒性，这导致丙酮酸脱氢酶活化、琥珀酸分泌减少，从而通过琥珀酸受体1减少促炎性自分泌和旁分泌信号传导。
乳酸还通过阻止甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）和磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）的活性，抑制效应T细胞增殖，导致GAPDH后的糖酵解中间体和丝氨酸水平减少，以及促进溶酶体酸化，干扰二酰甘油依赖的蛋白激酶Cθ信号传导。与此概念一致的是，在免疫健全的同系宿主中皮下建立的LDHA缺乏B16黑色素瘤小鼠，乳酸分泌水平降低，其生长速度比其野生型对照慢。这些肿瘤的免疫控制增加与干扰素-γ（IFNγ）产生的CTL和自然杀伤（NK）细胞的浸润增加相关。
与上述发现相反，高剂量、每日腹腔内注射乳酸已被证明可以控制在免疫健全的同系小鼠中皮下建立的小鼠I3TC乳腺癌和MC38结直肠癌的生长。此外，据报道，皮下注射乳酸在免疫健全的同系小鼠中引发CTL依赖的MC38肿瘤控制，这归因于CD8+ T细胞干性的增加。这些后来的发现表明，乳酸对抗癌免疫的不利影响可能至少部分是由乳酸依赖的TME酸化引起的。
与效应T细胞相反，CD4+CD25+FOXP3+调节性T细胞对乳酸的抗增殖作用显著耐受，至少部分是由于FOXP3引发的代谢重编程，这种重编程抑制活性糖酵解，转而支持NADH氧化和氧化磷酸化（OXPHOS）。Treg细胞似乎通过溶质载体MCT1（也称为SLC16A1）大量摄取细胞外乳酸，在小鼠黑色素瘤和结直肠癌（CRC）的免疫健全模型中，通过一种依赖核因子活化T细胞细胞质1（NFATC1）的机制，导致程序性死亡受体1（PD1）表达增加。在相同的模型中，以及在可移植的头颈部鳞状细胞癌模型中，MCT1表达似乎是肿瘤内（而非循环）Treg细胞保持其免疫抑制和促肿瘤功能所必需的，至少部分反映了细胞内乳酸积累促进ezrin乳酸化，从而通过SMAD3支持免疫抑制性转化生长因子-β1（TGFβ1）信号传导。值得注意的是，组蛋白乳酸化也被认为在可移植的小鼠黑色素瘤（B16）、可移植的结直肠癌（MC38）以及致癌物诱导的小鼠CRC的髓样区室中介导免疫抑制和因此的促肿瘤效应。然而，这些观察结果的转化相关性仍需定义。
有趣的是，在天然糖酵解或经过基因工程改造以增加糖酵解的小鼠黑色素瘤、肝细胞癌和结直肠癌中，PD1阻断积极促进Treg细胞的免疫抑制活性，因此没有治疗效果，这种抗性表型可以通过药理学或遗传抑制LDHA以降低乳酸水平成功逆转。相比之下，糖酵解活性降低的小鼠三阴性乳腺癌（TNBC）已被证明对特异性细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA4）的免疫检查点抑制剂（ICIs）有反应，这与肿瘤浸润Treg细胞的不稳定化及其向分泌TNF和IFNγ的效应样状态转变有关。然而，细胞外乳酸与葡萄糖可用性对这些后续观察结果的相对贡献仍需明确定义。
值得注意的是，乳酸对肿瘤内髓样细胞也有影响。例如，乳酸似乎通过G蛋白偶联受体132（GPR132）向肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）传递信号，导致它们重新极化为免疫抑制的“M2样”表型，这种表型与小鼠TNBC模型中增加的转移扩散相关。支持这些临床前观察结果的临床相关性研究表明，在一组TNBC患者中，GPR132水平与M2样TAMs的遗传特征、增加的转移扩散和不良疾病结果呈正相关。在由丝氨酸/苏氨酸激酶11（Stk11）缺失驱动的肺癌临床前模型中也得到了类似的结果，尽管在这种情况下，细胞外乳酸在溶质载体MCT4（也称为SLC16A4）过表达下游积累，并似乎通过GPR81（也称为HCAR1）向TAMs（和CTLs）传递信号。尽管导致这种明显差异的原因尚未阐明，但不同肿瘤（如TNBC和肺癌）中浸润的TAMs可能表达不同的乳酸敏感受体或其信号传导因子的可能性是合理的，这反映了TAMs的一般异质性的公认现象。
总之，这些观察结果表明，失调的葡萄糖代谢至少部分地通过肿瘤内乳酸的积累产生免疫抑制效应。
（3）三羧酸循环
三羧酸循环（TCA循环）在细胞代谢中起着至关重要的作用，不仅提供用于氧化磷酸化（OXPHOS）的NADH和琥珀酸等还原当量，还调节许多具有代谢和信号功能的代谢物库，如乙酰辅酶A、柠檬酸、富马酸、α-酮戊二酸（α-KG）和琥珀酸本身。
毫不奇怪，这些代谢中间产物中的许多也具有直接或间接的免疫调节作用。例如，无论糖酵解是否发生潜在变化，缺乏TCA循环酶富马酸水合酶（FH）的小鼠B16黑色素瘤具有增加的肿瘤内富马酸水平，导致T细胞受体相关蛋白激酶70（ZAP70）ζ链的非酶促琥珀酸化，进而导致急性T细胞功能障碍。此外，工程化的CD19特异性嵌合抗原受体（CAR）T细胞过表达FH已被证明在免疫缺陷小鼠中对人类表达CD19的白血病细胞具有增加的治疗效力。在遗传性平滑肌瘤病和肾细胞癌的临床前模型中，FH的丧失也通过一种依赖分拣连接蛋白9（SNX9）的机制使线粒体网络不稳定，促进含有线粒体核酸的小囊泡的释放。在这种情况下，线粒体DNA（mtDNA）和线粒体RNA（mtRNA）释放到细胞质中，显示通过激活DNA传感环磷酸鸟苷-腺苷合成酶（cGAS）-干扰素反应cGAMP交互因子1（STING1）通路和RNA传感视黄酸诱导基因I（RIG-I）来驱动I型干扰素分泌。干扰素分泌促进了免疫细胞向肿瘤的募集，但也可能导致慢性炎症反应，在免疫监视受损的情况下可能支持致癌作用。
最近的研究表明，通过介导氧化磷酸化（OXPHOS）的线粒体呼吸复合体中的正常电子流动能够限制细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）识别黑色素瘤细胞。这种免疫抑制效应源于呼吸复合体II将琥珀酸转化为富马酸的能力，从而防止了一种琥珀酸依赖的表观遗传机制的激活，该机制会导致癌细胞上调MHC I类分子和其他抗原呈递机制的成分。这些发现表明，在肿瘤进化过程中，一些癌细胞中可能出现的线粒体电子流动缺陷可能会增加抗原呈递，从而成为宿主免疫系统负选择压力的靶点。
尽管如此，小鼠三阴性乳腺癌（TNBC）细胞中的琥珀酸积累，由肿瘤相关巨噬细胞（TAM）分泌的TGFβ1驱动，被证明可以促进糖酵解，从而导致总体上免疫抑制的表型。尽管这种琥珀酸在免疫刺激或免疫抑制效应之间表面上存在矛盾的原因尚未明确，但可能存在特异于肿瘤的机制，超越了糖酵解，解释了琥珀酸积累在TNBC而非黑色素瘤细胞中的免疫抑制效应，可能包括琥珀酸依赖的HIF1α的积累。
2HG（2-羟基戊二酸）在结构上与三羧酸循环（TCA循环）中间产物α-酮戊二酸（α-KG）相似，通过表观遗传机制具有真正的致癌功能，尤其是（但不仅限于）通过抑制多种α-KG依赖的二氧化酶、脯氨酸羟化酶和组蛋白去甲基化酶。此外，2HG的d-对映体（而不是其l-对映体）可以被肿瘤浸润的淋巴细胞主动摄取，导致免疫能力正常的小鼠黑色素瘤和结直肠癌（CRC）模型中剂量依赖性和完全可逆的增殖和效应功能（包括IFNγ分泌）的抑制。这种免疫抑制效应至少部分源于d-2HG抑制乳酸脱氢酶A（LDHA）的能力，导致向氧化磷酸化（OXPHOS）的代谢转变，驱动线粒体对丙酮酸的摄取增加和NAD+与NADPH比率的降低，并破坏NFATC1活性和多胺合成。
相比之下，另一种抑制α-KG依赖二氧化酶的代谢中间产物戊二酸显示出对T细胞功能的正面效应而非负面效应。具体来说，使用细胞可渗透的戊二酸前体乙二酯戊二酸与增加小鼠B16黑色素瘤和SKOV3卵巢癌细胞下游T细胞介导的细胞毒性有关，这是由于丙酮酸脱氢酶的戊酰化及其对OXPHOS的抑制，转而有利于厌氧糖酵解。这些发现指出戊二酸代谢作为改善T细胞依赖的抗癌免疫反应的潜在靶点。值得注意的是，TCA循环中间产物反酸也同样在多种细胞类型中，包括免疫细胞中具有一系列免疫抑制作用。实际上，细胞可渗透的反酸前体依赖的NFE2样bZIP转录因子2（NFE2L2；最常被称为NRF2）的激活已被证明在培养的人类NSCLC A549细胞中通过STING1激活下游抑制I型干扰素反应。然而，癌细胞来源的反酸对携带同基因肿瘤的免疫能力正常的小鼠抗癌免疫反应的确切影响仍有待正式研究。
总结来说，多种与癌症相关的代谢改变，包括葡萄糖、乳酸和TCA循环，已被证明会引发微环境扰动，进而对免疫监视产生负面影响。
脂质代谢
癌变细胞的增殖显著依赖于增强的脂质代谢，这不仅为通过脂肪酸氧化（FAO）驱动的氧化磷酸化（OXPHOS）提供额外的能量来源，还作为细胞膜和其他脂质的来源，下游是脂肪酸合成。与癌症相关的FAO和脂肪酸合成的改变会影响肿瘤靶向的免疫反应（图2）。
图2. 脂肪酸代谢对抗癌免疫的影响
（1）脂肪酸氧化
FAO（脂肪酸氧化）由长链脂肪酸的分解代谢成乙酰辅酶A组成，作为TCA循环的底物以提供OXPHOS的能量。多种癌症类型如GBM（胶质母细胞瘤）具有增加的FAO速率，这支持了疾病的进展。在这种情况下，多种FAO相关酶如肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）、CPT2和酰基辅酶A脱氢酶家族成员9（ACAD9）的上调似乎与GBM细胞膜上“不要吃我”信号CD47的暴露增加一起发生。这导致髓系细胞吞噬作用的强效抑制和放射抗性，机制上反映了FAO衍生的乙酰辅酶A驱动抗凋亡NF-κB信号的能力。
值得注意的是，乙酰辅酶A还是自噬的强效抑制剂，自噬本身具有强效的免疫调节活性，这可能将自噬调节牵涉到FAO的免疫学效应中。CPT1A的表达似乎还通过促进抗凋亡信号促进癌细胞对CTL衍生的IFNγ的抗性。
脂质动员上游的FAO，由ADP核糖基化因子1（ARF1）介导，被认为与癌症干细胞的强免疫逃避特性有关。具体而言，在一种遗传工程模型的CRC中删除Arf1已显示出显著减缓疾病的发生和进展，这是由于在癌症干细胞区中免疫原性应激和细胞死亡途径的激活，从而导致树突状细胞（DC）依赖的肿瘤靶向免疫反应的激活。
总之，这些观察结果展示了FAO在癌细胞中对TME免疫构造和癌症对免疫治疗敏感性的影响。
（2）脂质合成
脂肪酸合酶（FASN）是de novo脂质生物合成的限速酶，其表达水平通常与癌症晚期和转移扩散有关。在卵巢癌患者中，FASN的高水平与肿瘤的T细胞浸润减少相关，这不仅是由于脂肪酸在肿瘤微环境（TME）中积累，并通过CD36依赖的T细胞摄取直接介导的T细胞抑制，还因为脂质驱动的树突状细胞（DCs）在T细胞交叉引导中的缺陷，以及调节性T细胞（Treg细胞）功能的促进。与CD36介导的脂肪酸摄取的免疫抑制作用一致，CD36表达的CD8+ T细胞的肿瘤浸润在接受免疫原性化疗的非小细胞肺癌（NSCLC）患者中与较差的疾病预后有关。
（3）类二十烷酸的合成
FASN 活性的增加还促进了细胞内脂滴的积累，这与前列腺素内过氧化物合酶 2 相关，这是一种在类二十烷酸合成中的关键酶。PGE2 对恶性细胞具有直接的促分裂效应，同时还具有各种免疫抑制效应。这些效应包括通过前列腺素 E 受体 2 (PTGER2) 和 PTGER4 信号传导以及增加细胞内环AMP水平导致的树突状细胞 (DC) 功能障碍，抑制 NK 细胞的细胞毒性和分泌活动（这也影响需要抗原交叉呈递给 T 细胞的 I 型常规 DC 的招募），以及通过 NF-κB 介导的 PD1 上调导致的 T 细胞抑制。这种效应由于 PGE2 能够在髓样细胞上上调 PDL1 表达而加剧。
值得注意的是，PGE2 类似于缺氧（缺氧也具有一系列免疫抑制效应），能够在 TME 的髓样细胞上促进外核苷酸酶 CD73 的上调，这有助于核苷酸代谢的免疫抑制效应（见下文）。有趣的是，溶血磷脂酰胆碱转运蛋白 MFSD2A 已被证明在人体和小鼠胃癌细胞中作为内源性 COX2 抑制剂，从而减少 PGE2 和免疫抑制性细胞因子 TGFβ1 的生成和释放。在这种情况下，恶性细胞过表达 MFSD2A 已被证明能够规避对 PD1 阻断的抵抗，并且与 TME 中 CD8+ CTL 活性的改善迹象相关。
总的来说，这些观察结果突出了TME中脂肪酸代谢和免疫细胞功能之间复杂的相互作用。对这些机制的进一步理解将为开发新的治疗策略以提高免疫治疗的疗效提供有价值的见解。
在恶性转化背景下改变的其他代谢通路
在恶性转化的背景下，其他被改变的代谢通路也已被证明会影响抗癌免疫监视。这些包括（但不限于）参与核苷酸和各种氨基酸代谢的生化级联反应（图3）。
图3. 核苷酸和氨基酸代谢对抗癌免疫的影响
（1）核苷酸
癌细胞相比其正常对应物具有增加的核苷酸合成，这对抗癌免疫有显著影响。例如，癌细胞中尿素循环酶的改变导致尿素循环失调（UCD），这将氮流重定向至酶类碳酰基磷酸合成酶2、天冬氨酸转氨甲酰酶和二氢乳清酸酶（CAD）。这导致过量的嘧啶合成，促进一种独特的基因组特征，其特点是嘌呤向嘧啶的转化，并与黑色素瘤患者对ICIs的敏感性增加有关。在驱动UCD的CRC的临床前模型中也得到了类似的发现。此外，受压和死亡的恶性细胞释放的核苷酸对TME的免疫结构和免疫系统对癌细胞死亡的反应有重大影响。例如，胞外ATP可以通过嘌呤能受体P2Y2（P2RY2）被包括DC及其前体在内的髓样细胞检测到，促进趋化性，从而吸引髓样细胞到死亡细胞的附近。ATP还可以结合P2RX7，促进DC通过炎性体信号传导和IL-1β分泌来激活。ATP的这种免疫刺激作用通过CD39和CD73的顺序活性降解ATP而被积极对抗，它们共同促进腺苷的生成，这是一种强效的免疫抑制分子。因此，CD39和CD73的肿瘤内水平（不仅在不同肿瘤之间存在显著差异，而且在同一肿瘤的不同细胞区室中也存在显著差异）是决定胞外ATP的免疫刺激（低CD39和CD73表达）与免疫抑制（高CD39和CD73表达）效应的关键因素。
