本周分享的文献是2022年8月2日发表在Nature Communication杂志上一篇题为“Lactate increases stemness of CD8 + T cells to augment anti-tumor immunity”的文章，研究发现乳酸通过抑制HDAC导致TCF1表达增加，产生干细胞样CD8+T细胞，发挥抗肿瘤免疫治疗作用。
传统上，肿瘤微环境中的乳酸具有导致酸中毒，促进血管生成，抑制免疫细胞活化等一系列免疫抑制作用，其作为肿瘤细胞Warburg效应糖酵解的主要代谢产物，对机体免疫具有不利影响，然而作者的发现证明了引起免疫抑制作用的是乳酸导致的酸性环境，在本研究中，为了消除糖酵解副产物酸性质子的影响，作者研究了乳酸钠对免疫功能的影响。
在MC38荷瘤小鼠中，皮下给予乳酸钠显著抑制肿瘤生长。这种抗肿瘤功效在CD4+T细胞或巨噬细胞耗竭下仍然存在，但在Rag1-/-小鼠或CD8+T细胞耗竭下消失。进一步的验证显示，乳酸与经典的抗肿瘤免疫治疗手段联用后，具有增强抗肿瘤效果的作用，CD8+T细胞依赖性的增强抗PD-1治疗和PC7A纳米疫苗效果。
图1 乳酸通过CD8 + T细胞增强抗肿瘤免疫
为了阐明乳酸增强抗肿瘤免疫的T细胞免疫微环境，在单独或与乳酸联合使用抗PD-1治疗后，使用单细胞测序分析来自MC38肿瘤和肿瘤引流淋巴结（DLNs）的CD3+T细胞。通过聚类分析确定了21个簇，包含11个CD8+T细胞簇。乳酸治疗显著增加了肿瘤浸润性CD8+T细胞的总数，基因集富集分析显示，T细胞功能和信号传导相关基因和途径显著上调。乳酸处理还显著降低了由caspase3门控的凋亡CD8+T细胞的百分比。此外，11个CD8+T细胞簇遵循从幼稚到衰竭的典型分化过程。
图2 乳酸治疗增加MC38肿瘤中浸润的CD8 + T细胞
肿瘤浸润性CD8+T细胞的伪时序分析确定了7种状态，这些状态从干细胞样状态1开始并分化为耗尽状态。干细胞样状态1具有高丰度的干细胞样基因（Tcf7，Cxcr3）和低丰度的效应基因（Ifg，Gzmb）和耗竭基因（Havcr2，Lag3）。与所有其他状态相比，乳酸处理导致茎状状态1的细胞数量显著增加。乳酸处理使肿瘤浸润性干细胞样T细胞数增加，干细胞样基因TCF-1表达的增加也证实了这一结论。
图3 乳酸治疗增加了MC38肿瘤中干细胞样CD8 + T细胞的数量
乳酸处理显著增加了离体培养的鼠CD8+T细胞中TCF1hiCXCR3hi细胞的数量和TCF1的荧光强度。并且凋亡的CD8+T细胞在低TCF1表达群体中富集。这证明TCF1具有抑制凋亡的作用。乳酸处理也显著提高了Tcf1的表达水平，抑制CD8+T细胞凋亡。对人PBMC的体外乳酸处理也表现出TCF1hiCXCR3hi细胞和TCF1荧光强度的增加。以上证据证明乳酸增加TCF1表达并减少CD8+T细胞凋亡。
图4 乳酸在体外扩增过程中减少CD8 + T细胞的凋亡
值得注意的是，添加具有酸性的乳酸会导致显著的CD8+T细胞凋亡，在pH为6.9的弱酸性培养基中添加乳酸，减弱了TCF1上调的程度，证明酸性环境会促使乳酸产生免疫抑制作用。
图5 酸性环境导致CD8+T细胞凋亡
据报道，乳酸盐是一种主要的碳燃料来源、G蛋白偶联受体GPR81的激动剂和组蛋白去乙酰化酶的抑制剂。乳酸下游代谢物（如丙酮酸和乙酸）、乳酸增强氨基酸和 GPR81 配体3Cl-5OH-BA都不能增加TCF1。相反HDAC抑制剂（TSA、D-乳酸盐、丁酸盐）却能提高TCF1的水平。此外，乳酸盐处理导致H3K27乙酰化增加了3.5倍，CUT&RUN PCR分析发现Tcf7 超级增强子的H3K27位点乙酰化显著富集。
图6 乳酸通过抑制HDAC增加TCF1的表达
采集OVA特异性CD8+T淋巴细胞并将其静脉注射到MC38-OVA荷瘤小鼠中，与在对照RPMI培养基中培养的细胞相比，用乳酸体外预处理的OVA特异性T细胞显示出显著对肿瘤生长的抑制作用。为了进一步研究转移的与内源性OVA特异性CD8+T细胞对抗肿瘤疗效的影响，我们使用了来自表达CD45.2的供体（OT-I小鼠）的OVA四聚体+CD8+T细胞，并将其转移到表达CD45.1的荷瘤小鼠，细胞转移7天后，通过流式细胞术分析肿瘤中宿主（CD45.1+）和供体（CD45.2+）CD8+T细胞的数量。与对照RPMI培养基相比，乳酸预处理显著扩增CD45.2+CD8+T细胞，相反，在用和不用乳酸预处理转移CD45.2+T细胞后，内源性CD45.1+CD8+T细胞的数量没有显示出显著差异。
图7 在高乳酸条件下扩增的CD8 + T细胞在体内具有肿瘤生长抑制作用
据报道，乳酸具有免疫抑制作用，这被认为是酸性质子引起的低pH值的结果。作者使用乳酸钠，在不增加酸性的情况下增加乳酸剂量，对抗肿瘤免疫作用进行探究。这项研究解释了乳酸的免疫保护作用，其对HDAC的抑制导致TCF1表达增加，产生干细胞样CD8+T细胞。因此，乳酸有可能增强免疫检查点阻断、T细胞疫苗和过继性T细胞转移治疗的治疗效果。
汇报人：李博洋
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-32521-8