天然杀伤细胞（natural killer cell, NK）具有抗原非限定性的肿瘤细胞杀伤功效和广谱反抗肿瘤异质性的潜力。比年来，NK细胞治疗作为肿瘤免疫治疗的新兴前沿备受存眷。

免疫逃逸是肿瘤的特性之一，实体肿瘤中的免疫按捺性肿瘤微情况(TME)会伤害免疫细胞的功效。此中，TME激发的NK功效伤害在肿瘤进展历程中起着至关紧张作用。NK细胞功效伤害会促进肿瘤的产生和进展，其伤害水平与很多癌症患者的预后紧密相干。然而，TME中NK细胞功效伤害的根本机制仍旧不清晰。

2021年4月13日，加拿大麦克马斯特大学的Ali A. Ashkar团队在Cell Metabolism上颁发了题为《Metabolic flexibility determines human NK cell functional fate in the tumor microenvironment》的文章，发觉TME中NK细胞代谢重编程本领差，不克不及孕育发生抗击氧化应激的代谢物，导致其细胞毒性受损；按捺氧化应激能逆转NK的细胞毒性；STAT3信号激活的增殖NK（exNK）代谢重编程本领强，在按捺性肿瘤微情况中具有更强的细胞毒性。该研究发觉了TME中NK功效伤害的新机制，并为NK细胞治疗实体瘤提供了新的证据和思绪。

患者肿瘤中的NK细胞功效失调陪同糖代谢受损

和外周血NK（pbNK）相比，卵巢癌TME中分散的肿瘤NK细胞（taNK）对人卵巢癌细胞的细胞毒性变弱。免疫缺陷荷瘤小鼠的NK细胞移植试验也评释taNK按捺肿瘤细胞定殖和生长的本领变弱。

NK的抗肿瘤功效活化有赖于葡萄糖代谢。与pbNK细胞相比，taNK糖酵解程度明显低落，细胞外貌的葡萄糖转运体Glut1表达程度明显低落，氧化磷酸化程度、ATP合成程度降落，线粒体数量降落。

以上效果评释，肿瘤患者taNK的细胞毒性功效伤害大概和葡萄糖代谢伤害有关。

患者TME直接伤害pbNK葡萄糖代谢并按捺其细胞毒性

TME是否直接参加NK活性按捺呢？作者用恶性肿瘤病人的腹水（ascTME）模仿肿瘤微情况，发觉ascTME造就的pbNK的底子糖酵解、糖酵解本领和糖酵解储备明显低落，其代谢和线粒体功效也产生伤害。

CD98通过调控Glut1和CD71转铁卵白受体的转录来促进NK生长。ascTME刺激后，pbNK细胞外貌的CD98、Glut1和CD71表达明显低落，细胞体积减小。同时，ascTME明显按捺了pbNK对癌细胞的毒性和抗肿瘤细胞因子IFN-γ的表达。小鼠荷瘤试验表现，与taNK细胞相似，ascTME造就的pbNK丧失了按捺肿瘤细胞定殖和生长的本领。pbNK的细胞毒性、糖酵解和氧化磷酸化的按捺在aseTME造就后12h产生并可以连续3天以上。

NK细胞功效受损是由代谢伤害引起的吗？作者发觉，和ascTME一样，ATP合成酶按捺剂寡霉素也能按捺pbNK的细胞毒性和脱颗粒作用。

以上效果提示：人TME通过直接侵害NK细胞代谢按捺其抗肿瘤活性。

NK细胞可以被重编程以强化其功效

STAT3信号可以驱动肿瘤细胞Warburg代谢重编程，加强肿瘤细胞对TME的顺应性。作者之前报道，通过IL-21激活STAT3信号通路可以促进NK增殖、抗朽迈和细胞毒性。那么STAT3激活的增殖NK（STAT3-exNK）是否能和肿瘤细胞一样通过代谢重编程来顺应TME呢？

作者比力了exNK细胞和pbNK细胞的代谢状态，发觉exNK细胞的糖酵解基底和最高程度显着升高。pbNK细胞比exNK细胞更依靠于氧化磷酸化。exNK的CD98、CD71、Glut1表达的程度显着高于pbNK细胞。

为了进一步研究exNK代谢的分子机制，作者阐发了exNK和pbNK的代谢谱，发觉差别卵白重要富集在代谢相干通路。与pbNK相比，exNK的代谢改变雷同于肿瘤细胞：exNK中参加肿瘤代谢和生物合成的通路的卵白明显上调，而参加氧化代谢通路的卵白则明显下调。

以上效果评释，STAT3-exNK细胞仿照了肿瘤细胞代谢特性，尤其是Warburg效应。

TME中的exNK的细胞毒性是否得到了加强？用ascTME分别造就pbNK或exNK，和正常造就基相比，pbNK细胞颗粒度和细胞毒性低落，exNK的颗粒度和细胞毒性加强。固然ascTME造就低落了exNK和pbNK的IFN-γ表达程度，但是pbNK下调更明显。值得细致的是，人血浆或正常造就基造就的exNK细胞的细胞毒性和颗粒度相似，这评释exNK的细胞毒性加强是由ascTME引起的。

动物试验进一步验证了该效果。和正常造就基相比，ascTME处置惩罚的exNK低落肿瘤负荷的成效更明显。别的，作者发觉，和正常造就基相比，exNK的细胞毒性在ascTME处置惩罚后的5天内连续增添。这提示永劫间袒露于恶性TME时exNK功效得到强化。

exNK细胞为何能在TME维持杀伤本领呢？作者发觉，与pbNK差别，在ascTME中exNK仍能维持营养摄取本领、线粒体质量、糖酵解速率、氧化代谢速率、细胞巨细。

激活Nrf2抗氧化通路可以规复TME按捺的NK细胞代谢和抗肿瘤活性

为了分析TME按捺NK细胞活性的分子机制，作者阐发了ascTME或正常造就的pbNK细胞和exNK细胞的卵白谱。

ascTME造就的pbNK细胞与exNK细胞的卵白表达谱险些是相反的。ascTME中的pbNK高表达的卵白参加脂质过氧化、氧化伤害、肥大症以及朽迈和自噬途径，参加DNA修复和伤害反响通路的卵白质表达下调。以上效果评释，pbNK中氧化应激介导的DNA伤害的修复本领受损。而exNK中参加脂质过氧化和氧化伤害途径中的卵白表达下调，参加DNA修复的卵白的表达上调。这些效果评释，exNK细胞能抗击TME诱发氧化应激。

那么，靶向氧化应激是否可以规复TME中的NK细胞代谢和功效呢？Nrf2转录因子是抗氧化的焦点转录因子。Nrf2冲动剂RTA-408在体外ascTME中可明显规复pbNK的肿瘤杀伤本领、糖酵解、氧化磷酸化，对正常造就基中的pbNK却没用影响。荷瘤小鼠试验进一步证明白RTA-408和pbNK的团结利用比RTA-408或pbNK单独利用有更好的疗效。

这些效果评释，氧化应激伤害是TME诱导NK细胞葡萄糖代谢、线粒体功效以及细胞毒性伤害的要害机制。

代谢机动性使exNK细胞在营养缺乏TME中加强抗肿瘤活性

TME是怎样按捺pbNK杀伤本领却加强exNK杀伤本领的？

肿瘤细胞通过一碳和叶酸轮回上调丝氨酸代谢合成内源性底物，进而将底物合成谷胱甘肽来抗击氧化应激以顺应TME。与pbNK细胞相比，exNK细胞中参加丝氨酸合成、一碳和叶酸代谢以及核苷酸合成途径的卵白质表达增添。ascTME造就的exNK细胞中参加谷胱甘肽抗氧化的酶明显上调。这评释exNK细胞通过仿照了肿瘤细胞的代谢重编程来抗击氧化应激。

为了直接评估exNK与pbNK的代谢可塑性，作者丈量了pbNK和exNK通过氧化葡萄糖、谷氨酰胺或脂肪酸的餍足自身能量需求的本领，发觉pbNK体现出对葡萄糖和脂肪酸氧化的依靠性，但exNK却不依靠任何一种底物。别的，底物顺应性评估效果评释，pbNK不克不及利用任何一种单一底物来赔偿其他代谢途径，相反，exNK体现出访用任何一种底物来餍足其全部能量需求的顺应性。体外ascTME造就试验进一步评释，多种代谢按捺剂均不影响exNK的细胞毒性。以上效果评释，exNK细胞有精良的代谢机动性和顺应性，使其可以或许顺应免疫按捺性TME。

作者进一步设计试验模仿肿瘤低营养微情况对exNK的影响。作者分别用无葡萄糖造就基或无谷氨酰胺的造就基造就exNK细胞，并在24h和5天后评估细胞毒性。与ascTME中观看到征象相似，在前24h内exNK细胞的细胞毒性没有明显改变，但是在5天后，营养缺乏的造就基中exNK的细胞毒性明显加强。与它们在TME中的代谢顺应性相同等。在营养缺乏的造就基中，exNK细胞在5天后维持了相称程度的糖酵解和氧化磷酸化程度。

这些效果评释，NK细胞对代谢物的机动使用可以或许使其完全顺应TME以维持细胞增殖和功效，恒久袒露于代谢应激TME会进一步强化代谢顺应性NK细胞的细胞毒性。

总 结

NK细胞具有广谱的肿瘤细胞杀伤作用，在肿瘤细胞治疗范畴备受存眷。本文发觉pbNK进入肿瘤微情况后，因为代谢重编程本领差不克不及抗击TME引起的氧化应激，终极产生功效伤害；通过激活氧化应激能规复NK的细胞毒性；STAT3激活的增殖NK能像肿瘤细胞一样举行代谢重编程，机动利用代谢物来抗击氧化应激，反而在TME中加强细胞毒性。本文展现TME中NK细胞功效受按捺的代谢性机制，为NK细胞治疗提供了新思绪。

文/阿司匹林 SHK

责编/Jane

原文链接：

https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(21)00130-3