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27分的Cell子刊再出重磅综述,给你的国天然加油

发布日期:2021-07-12 16:38    点击次数:200

近年来,钻研人员对肿瘤微环境的偏重程度越来越高,行为微环境中的两个主要因素——免疫和代谢也受到了各路大神们的重点关注。

2021年1月11日,范安德尔钻研所癌症与细胞生物学中央Russell G.Jones在Cancer Cell发外了题为《Immunometabolic Interplay in the Tumor Microenvironment》的远景综述,为吾们阐述了一些纷歧样的内容,下面本工来给行家领读一下这篇重磅综述。

这篇综述主要分为以下几个片面:

1. 择要

2. 幼序

3. 环境塑造免疫细胞的代谢和功能

4. 在肿瘤微环境(TME)中竖立代谢模型

5. 竖立肿瘤-免疫代谢相互作用模型的新兴手段

6. 结论

择要

免疫细胞的新陈代谢影响其分化和功能。鉴于肿瘤微环境(TME)内环境因素的复杂相互作用能够对免疫、间质和肿瘤细胞类型的代谢活动产生远大影响,人们越来越乐趣味进一步晓畅TME中这些差别的代谢外型。

在此,吾们商议了细胞外源性在免疫细胞代谢活动中的作用。然后,考虑到近来在实验编制和代谢谱技术方面的技术挺进,吾们挑出了异日的倾向,以更益地晓畅免疫细胞如何已足其在TME中的代谢需求,以挑高治疗效率。

幼序

肿瘤微环境(TME)中的代谢条件受很多因素的影响,包括营养和氧气程度的梯度、构造血管化、异栽细胞间的相互作用和编制代谢。然而,很多用于确定肿瘤代谢原理的钻研在很大程度上倚赖于造就细胞,这不克十足概括肿瘤细胞在体内的代谢状况,稀奇是肿瘤细胞的外在因素,如营养物质的可获得性和免疫浸润。

为了挑高用于钻研TME的实验编制的建模能力,答考虑各栽细胞的固有输入和环境输入。由于TME含有各栽各样的细胞类型,具有差别和变通的代谢程序,准确钻研各栽免疫细胞和癌细胞之间的代谢需求、体面和相互作用是一项复杂的做事。

近来关于这栽细胞间相互作用的商议已经得到了一些特出评论的详细介绍。在这边,吾们最先强调免疫细胞代谢和功能如何受到TME的影响,然后商议实验建模和代谢组学方面的新技术挺进,这些技术挺进能够会在异日的钻研中被行使,以加深吾们对TME复杂背景下免疫细胞代谢的理解。

环境塑造免疫细胞的代谢和功能

营养的可用性

迄今为止,免疫新陈代谢的大片面做事都荟萃在细胞如何同时且迥异性地行使营养物质,来已足与效答器功能和分化状态相关的代谢需求。原形上,差别免疫细胞类型的代谢活动,稀奇是淋巴细胞的代谢活动,在其他地方已经得到了普及的钻研。

平常静休细胞的代谢程序主要用于已足维持那些必要ATP的稳态均衡(homeostatic processes)过程的生物能量需求。相比之下,增殖的细胞,不论是平常的照样凶性的,不光必要产生能量来声援细胞的滋长,而且还必须已足各栽相符成代谢的需求,如大分子生物相符成和细胞氧化还原的动态均衡。与天资免疫细胞(树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞)和获得性免疫细胞(CD8+和CD4+T细胞、B细胞)激活相关的中央代谢程序是有氧糖酵解,也清淡被称为Warburg效答。

葡萄糖摄取和糖酵解的添加不光为细胞增殖挑供了前体,如用于核苷酸相符成的倚赖于葡萄糖的丝氨酸的产生,而且还声援作梗素-γ(IFN-γ)的产生。例如,辅助性T细胞(Th)高度糖酵解,倚赖葡萄糖转运蛋白GLUT1来实现热症T细胞(即Th1和Th17)的效答功能,而调节性T(Treg)细胞中GLUT1介导的糖酵解可调节增殖和按捺能力之间的均衡。

然而,这能够会给肿瘤浸润性免疫细胞带来挑衅,由于葡萄糖在TME中的可获得性能够会有所差别。详细地说,有证据外明,TME中的葡萄糖节制会损坏肿瘤浸润性淋巴细胞(TIL)的效答功能和天然杀伤(NK)细胞的抗肿瘤效答。

除了葡萄糖,差别氨基酸的可获得性也会影响免疫细胞的新陈代谢。例如,T细胞和巨噬细胞能够分解谷氨酰胺来刺激ATP的产生。由于肿瘤细胞和TIL对谷氨酰胺行使的需求差别,钝化谷氨酰胺的分解代谢能够促进CD8+TIL效答功能的加强和肿瘤的消退。鉴于TME中差别细胞类型之间的代谢可变性,对代谢酶的靶向按捺能够会导致差别的细胞特异性后果。例如,基因或药物阻断谷氨酰胺酶(将谷氨酰胺代谢成谷氨酸),被表明会损坏CD4+和CD8+T细胞的增殖和激活,而对细胞因子的产生几乎异国影响。同样的阻断也能够按捺CD4+Th17细胞的分化。

此外,相符成细胞造就液RPMI1640挑供的超心理精氨酸程度能够按捺T细胞介导的细胞因子的产生,但添加T细胞的存活率。色氨酸匮乏也会经历激活整相符的答激响答来窒碍T细胞的功能。细胞外丝氨酸和蛋氨酸的可获得性能够经历与一碳代谢相关的效答来影响肿瘤细胞和T淋巴细胞的增殖。

在T细胞中,由于叶酸和蛋氨酸循环是不耦联的(uncoupled),丝氨酸衍生的碳不会过渡到蛋氨酸循环,胞外蛋氨酸能够是S-腺苷蛋氨酸中甲基片面的唯一来源,进而成为甲基化响答所必需的氨基酸。其他钻研人员近来发生,丙氨酸的供答能够影响T细胞活化早期的蛋白质相符成。

乐趣的是,编码氨基酸转运蛋白的基因是T细胞激活时上调最多的基因之一,这外明氨基酸交换是TME免疫调节的一个关键方面。

综上所述,这些终局强调了氨基酸的可获得性能够对免疫细胞的新陈代谢和功能产生差别的细胞特异性影响,这能够外明在人类疾病的治疗中靶向差别免疫细胞亚型的氨基酸代谢倾向上的治疗潜力。

据称细胞代谢的废物,包括乳酸、犬尿氨酸和腺苷,也能够在TME中发挥免疫调节作用。例如,固然乳酸能够按捺CD8+效答细胞的溶细胞能力,但它能够被Treg细胞用来声援代谢需求。

关节热幼鼠模型中乳酸的积累会诱导CD4+T细胞中单羧酸转运蛋白SLC5A12的上调,这类转运蛋白在活化的T细胞中也有相通的上调。这会导致细胞内乙酰辅酶A和柠檬酸程度的添加,以及T细胞活动性的降矮。

其他钻研也外明,黑色素瘤细胞产生的乳酸能够经历按捺活化的T细胞(NFAT)倚赖性IFN-γ产生的核因子来降矮T细胞和NK细胞的免疫监视能力。

近来的证据还外明,乳酸在平常构造和某些肺癌中都能够用来为TCA循环挑供燃料,这外明乳酸能够经历已足肿瘤滋长的需求而促进TME中的免疫逃逸。此外,色氨酸分解代谢的下游产物犬尿氨酸程度提高可诱导T细胞免疫按捺,外明酶介导的犬尿氨酸耗竭可添加CD8+淋巴细胞的肿瘤浸润和增殖。

末了,核苷酸代谢的分解产物腺苷的积累有效地降矮了T细胞和NK细胞介导的细胞毒效答,但加强了免疫调节性M2巨噬细胞的激活。

游离脂肪酸对TME免疫细胞功能的影响一向是一个活跃的钻研周围。固然免疫细胞代谢重编程的早期模型认为糖酵解和氧化(由长链脂肪酸氧化[fatty acid oxidation,FAO]推动)代谢程序与差别的免疫细胞群体相关(例如,CD8+T效答分子和T记忆细胞,M1和M2巨噬细胞),但原形表明实际情况还要奇妙得多。

依托莫昔尔(Etomoxir)是CPT1A的按捺剂,CPT1A是一栽催化线粒体长链脂肪酸氧化限速步骤的酶,它对CD8+T记忆细胞分化和M2巨噬细胞极化具有免疫调节作用,深化了长链脂肪酸氧化推动OXPHOS以声援这些过程的发现。

其他钻研证据外明,CPT1A对于CD8+T细胞的功能和T记忆细胞的产生以及CD4+T细胞的按捺能力都是必不可少的。此外,依托莫西对M2巨噬细胞极化的影响归因于化相符物的非靶点效答。尽管这样,CPT1A外达添加的CD8+T细胞在体内外现出代谢上风,这一终局外清新线粒体代谢在声援最佳T细胞功能状态方面的作用。

长链FAO能够对构造驻留的免疫细胞更为关键。近来的钻研外明,脂肪酸输入(经历FABP4和FABP5)和CPT1A倚赖的脂质氧化是构造驻留的CD8+细胞在周围构造中赓续存在所必需的,而脂质转运体CD36是CD4+Treg细胞在TME中积累所必需的。乐趣的是,B16黑色素瘤的TIL外现出脂肪酸分解代谢加强的特点,这栽外型归因于TME中的矮糖程度,这一终局外清新FAO在TME中代谢变通的免疫细胞中的作用。

除了行为燃料来源的作用外,饱和脂肪酸还能够促进促热细胞因子的产生(例如,Th17响答期间的IL-23),而多不饱和脂肪酸与抗热细胞因子的产生相关(例如,IL-10)。短链脂肪酸在很大程度上是微生物代谢的副产品,也能够行为CD8+Teff功能的正调节因子。例如,丁酸盐是一栽HDAC按捺剂,也能够经历介导G蛋白偶联受体信号来影响T细胞功能。Qiu等人近来的做事也表清新这一点。

钻研外明,醋酸能够经历加强外面遗传标记(即H3K27ac)和关键效答细胞因子位点(如Gmzc、IFNG和TNFa)的染色质可及性来加强Teff细胞的功能。这些终局与肠道微生物组的构成能够影响代谢物可用性的结论相反,从而影响患者对免疫治疗的响答的不都雅点是相反的,尽管微生物组衍生的代谢物对TME免疫功能的详细贡献必要进一步钻研。

氧、pH和离子浓度

构造氧(O2)浓度由O2扩散和消耗的竞争速率决定。大无数构造的氧气程度为2%-9%(平均40毫米汞柱),而TME中的细胞能够会经历缺氧条件(<2%氧气),这是由于血管编制混乱和肿瘤细胞代谢率添加所致。这栽矮氧条件促进了HIF-1α的安详,其外达与髓系细胞和淋巴样细胞的热症潜能添加相关。

与氧气的可获得性相通,整个细胞微环境的胞外pH转折——能够与乳酸的片面积累相反——细胞外的酸化(pH: 5.8-6.6)能够对免疫细胞产生普及的影响。值得仔细的是,幼批离子的可获得性也会对T细胞功能产生隐微影响。钠程度提高会导致CD4+Th17细胞的热症潜能添加,而钾供答的添加会影响CD8+T细胞的营养接收和效答功能。

固然HIF1a缺失已被表明不会影响活化T细胞的代谢重编程,但一些钻研已经表明矮氧条件能够首到免疫调节作用。例如,HIF1a在CD8+T细胞中的外达可经历促进糖酵解外型来调节其增殖和效答功能。在幼鼠乳腺癌模型中,CD8+T细胞中HIF1a的缺失可降矮肿瘤浸润和细胞毒作用,挑示HIF-1α在维持T细胞功能中首关键作用。

过继细胞迁移模型外明,矮氧预体面能够挑高CD8+T细胞介导的细胞毒作用和肿瘤驱逐能力。值得仔细的是,几项钻研外明,限氧也会产生免疫按捺作用。例如,免疫按捺(Arg1+)肿瘤相关巨噬细胞在空间上与幼鼠乳腺肿瘤的缺氧区相关,而巨噬细胞中HIF1a的缺失会损坏活性和激活。

在幼鼠纤维肉瘤模型中,缺氧区欠缺TIL,而在黑色素瘤幼鼠模型中,有限的氧气供答与T细胞耗竭相关。此外,HIF1a可促进CD4+CD25+Treg细胞的免疫按捺特性。

综上所述,这些钻研外明,氧气供答能够凶猛影响TME中的免疫细胞功能。

细胞间的相互作用

TME中存在的多栽免疫细胞、癌症细胞和基质细胞创造了一个动态的环境,促进了肿瘤和免疫细胞之间的串扰,这也能够会受到肿瘤类型的影响。

随着单细胞技术的挺进,如质谱和单细胞基因组学,展现了TME中基质细胞和免疫细胞亚型之间的复杂性,以及这些细胞代谢谱的异质性。近来的一项钻研发现,行使质谱法外征的T细胞亚群中代谢酶的外达具有可外征肿瘤稀奇免疫亚群的代谢潜能的上风。

任何单细胞图谱手段的主要告诫(caveat)是,代谢酶的外达只定义了外格的竖立手段;TME中的营养供答最后将决定挑供什么物质。对TCGA的分析表现,伤口愈相符、作梗素-γ上风(dominant)、热症、淋巴细胞匮乏、免疫静休(immunologically quiet)和TGFβ上风的6栽免疫标志与33栽差别的癌症类型相关。

这些特征的细胞类型导致这些signature的因为尚未十足晓畅,但能够影响抗肿瘤免疫功能。例如,有共享重叠代谢需求的差别细胞群体之间湮没的营养竞争能够会导致葡萄糖和其他细胞燃料的可获得性受到节制。

相通地,基质细胞和免疫细胞类型能够协助形成TME内的代谢成分,从而影响邻近癌细胞的营养行使和药物响答。

TME内部湮没的竞争环境也能够导致TIL进入耗尽状态。耗竭的CD8+T(TeX)细胞是CD8+T细胞的一个亚群,外现出效答功能和增殖能力降矮,可在慢性感染或癌症期间展现。

TeX细胞与代谢不及相关,片面因为能够是一个(或多个)检查点按捺受体(如PD-1、LAG3或CTLA-4)的激活。耗尽状态的CD8+T细胞的代谢特征外明,PD-1按捺糖酵解并声援FAO,导致CD4+Tregs的蕴蓄,从而按捺CD8+T细胞的效答功能。

乐趣的是,PD-1的阻断已经被表明能够反转幼鼠肉瘤耗尽状态T细胞中对糖酵解的按捺。原形上,针对检查点按捺剂的治疗性干预已经引首了人们对人类癌症治疗的普及趣味。

考虑到肿瘤免疫串扰对抗肿瘤免疫的影响,实验共造就模型能够挑供一栽替代单一造就策略的手段,以模拟TME内的异栽细胞相互作用,以及这些相互作用如何影响免疫细胞响答和肿瘤细胞对幼分子药物的敏感性。

最后,TME中的新陈代谢受到很多因素的影响,进而影响片面营养的可获得性,包括由癌基因驱动的细胞固有代谢程序(并因肿瘤内的遗传异质性而复杂化)和细胞外部因素,如构造血管化和肿瘤内的营养和氧气梯度(图1)。

全身代谢的通量也会影响构造的代谢物程度,并受到饮食和微生物的主要影响。在此之上是肿瘤-间质的相互作用,稀奇是赓续演变的肿瘤-免疫细胞相互作用,这有能够影响TME内的代谢和热症环境。

改进的TME新陈代谢的建模将必要仔细环境条件(营养和氧气程度)、肿瘤首源和遗传背景以及肿瘤免疫串扰(图1)。

图1.影响TME代谢的因素

TME中的代谢条件受多栽因素的影响。从肿瘤的角度来望,癌基因和肿瘤按捺基因的突变能够促进代谢重编程中细胞的内在转折,这取决于癌症类型(Origin)。全身新陈代谢决定了循环中的有效营养(营养可获得性),而TME中的片面营养可获得性受肿瘤血管化和构造营养摄取的影响。

由于癌细胞的高度增殖,能够形成营养和氧气梯度,这些梯度能够差别程度地塑造肿瘤内细胞的新陈代谢活动。TME中存在的多栽细胞(免疫细胞、间质细胞、上皮细胞、癌症细胞)对营养物质的行使和信号传递也能够调节滋长性肿瘤内的代谢条件(肿瘤免疫串扰)。

在TME中竖立代谢模型

近来的几项钻研共同竖立了代谢外型能够因实验模型而异。例如,在老鼠模型或人类患者体内行使安详同位素示踪剂的终局外明,癌症和免疫细胞对营养的行使能够与造就细胞中不都雅察到的差别。癌症和免疫细胞对营养的行使能够与在造就细胞中不都雅察到的差别。

值得仔细的是,尽管一切实验模型都有局限性,但越来越多的人意识到环境因素对细胞新陈代谢的作用,从而敏捷挑高了体外造就编制的能力,以更挨近地概括体内的心理环境,如肿瘤特异性环境。

心理造就基

完善的造就基配方照样是生物学一切周围里细胞造就钻研的主力,清淡由相符成的基础造就基(如MEM、DMEM、RPMI1640)构成,但它不克很益地响答人体生物液(human biofluids)中代谢物的有效性,还补充了一栽基本上成分不确定的血清成分。

这些通例造就基主要是为了促进特定细胞类型的快速滋长而设计的,而不是为了响答心理生化条件。尽管有大量新的证据外明生化条件如何影响免疫细胞的新陈代谢,但大无数细胞造就钻研照样是行使这些完善的造就基进走的。为晓畅决这一迥异,近来有一栽策略,经历行使改进的造就基配方或动态缓冲营养浓度的编制,更挨近地模拟体内遇到的生化条件。

在这边,吾们荟萃于无私见的自下而上(unbiased bottom-up)的手段,编制地开发更挨近人类血液代谢构成的心理学介质。

Cantor等人开发了类人血浆造就基(HPLM),其中含有60多栽极性代谢物和盐离子,其浓度相等于平常成人血浆的平均值。经历行使HPLM,作者发现了一个由一栽代谢物(尿酸)介导的代谢调节的例子,只在行使HPLM时才在基础造就基中判定出了尿酸,其血浆浓度在人和幼鼠之间的迥异高达10倍。

在这一发现的请示下,作者进一步表明,HPLM也能够影响临床上普及行使的经典化疗药物5-氟尿嘧啶(5-FU)的相对细胞毒性。这些终局挑供了证据,表明代谢物的可行使性对细胞心理和药物响答的影响不消仅限于对营养行使的考虑,也黑示了识别其他不可意料的代谢物与药物之间相互作用的能够性。

经历一栽自力和平走的手段,Vande和他的同事开发了一栽相通的基础造就基(血浆最大浓度),旨在响答人类血液的极性代谢物成分。在对造就细胞的相对代谢迥异的描述中,作者报道了在尿素循环中,胞浆和通例造就基之间精氨酸行使率的差别会影响精氨酸琥珀酸裂解酶催化响答的倾向。作者还外明,在添加了相对较矮程度血清的血浆中造就某些乳腺癌细胞,硒的可用性能够影响这些细胞的集落形成能力。

心理造就基对造就细胞的影响并不局限于癌症新陈代谢的钻研。近来的做事外明,与历史上常用来造就平常和凶性血细胞的造就基(RPMI1640)相比,HPLM在人的原代T淋巴细胞中诱导了清晰差别的转录响答,并挑高了它们在抗原刺激下的激活。这栽介质倚赖性对T细胞激活的影响能够追溯到钙的差别可行使性,在HPLM中发现的钙的程度是RPMI 1640的6倍,这外明在异日的TME模型中,幼离子的可用性答该是另一个关键的考虑因素。

心理学介质的开发不克局限于概括人类血浆的代谢物构成,稀奇是考虑到肿瘤内的肿瘤细胞和免疫细胞所处的环境。经历对从构造特异性幼鼠肿瘤中别离的肿瘤间质液体(TIF)的代谢特征进走钻研,发现TIF中的代谢物可行使性能够与幼鼠血浆差别,TIF的构成能够会受到其他因素的影响,如癌症类型和肿瘤位置。

这些终局外明,尽管考虑到肿瘤内环境的异质性,TME也有能够产生由非血浆条件引导的生物介质,这些手段在选择和模拟这些生物液时能够必要仔细考虑。

固然对细胞造就模型所定义的生化条件进走建模时,大片面竭力都荟萃在极性代谢物的可用性上,但差别生物液中细胞外脂成分的外征照样是一个主要的考虑因素。

对于大无数完善的造就基,亲脂性物质的主要来源是添加的10%-20%的胎牛或幼牛血清。然而,差别血清来源和差别批次的脂质成分能够差别,从而影响实验的重复性。往除血清脂质和用于挑高重复性的木炭剥离(charcoal stripping)也会耗尽关键的滋长因子和激素,使现在将脂质以肯定浓度并入造就基的策略进一步复杂化。

鉴于已报道游离脂肪酸可行为某些癌症和免疫细胞燃料的作用,开发郑重和可获得的手段,以便更准确地将起码某些游离脂肪酸以规定的浓度相符并到心理造就基中,将是该周围异日的一个主要考虑因素。

肿瘤球体(Spheroids)和有机体模型

固然心理学造就基编制试图概括体内营养的可用性,但肿瘤球体和有机体模型的方针是更益地模拟细胞遇到的其他环境因素。三维类有机物造就模型旨在更挨近地模拟细胞外基质的死板性能,也能够影响细胞代谢和药物响答。

例如,在TME中用来模拟营养梯度的结直肠癌(CRC)球体外现出了p53倚赖的代谢薄弱性,从而对降胆固醇药物(即他汀类药物)产生响答,这一发现是在行为单层造就的细胞中所异国不都雅察到的。

Neal等人开发了一栽气液界面手段来造就患者衍生的有机物质,这栽手段能够使肿瘤细胞和嵌入的免疫细胞群(包括T、B和NK细胞以及CD14+或CD68+巨噬细胞)增殖数周。

同样,其他人也描述了相关的行使:(1)将幼鼠来源的癌细胞与自体免疫细胞共造就,以钻研PD-1/PDL-1间的相互作用;(2)将CRC球体与免疫细胞进走异型共造就,以检测T细胞和NK细胞的浸润和随后的响答;(3)器官型肿瘤球体,以确定某些细胞因子和趋化因子与抗肿瘤免疫之间的相关;以及(4)将结直肠癌来源的类器官与自体T细胞进走共造就以展望细胞对放化疗的响答。

值得仔细的是,Kong和他的同事们表明,经历添加针对PD-1的抗体能够拯救抗肿瘤免疫,强调了将TIL与肿瘤器官共造就以发现新的肿瘤免疫疗法。

体内肿瘤的外征

体外模型的一个挑衅是如何最益地概括TME内免疫细胞群体的比例及其功能状态。CD8+TeX就是一个很益的例子。有效地概括T细胞在细胞造就中的状态一向是个具有挑衅性的做事,开发出新的慢性刺激手段以钻研体外T细胞枯竭也照样有期待的。

慢性感染模型(如LCMV克隆13)和同基因肿瘤模型照样是钻研这栽细胞状态的金标准。原形上,同基因幼鼠模型照样是现在钻研肿瘤-免疫细胞相互作用以及测试新免疫疗法(如检查点按捺剂)有效性的主要模型编制。

原位异栽移植幼鼠模型能够更益地概括了相关的TME背景。乐趣的是,近来的一项钻研外明,差别免疫细胞的肿瘤浸润在行使同栽异体和原位异栽移植的模型中能够有所差别,这突显了肿瘤位置对免疫细胞响答的湮没影响。

竖立肿瘤-免疫代谢相互作用模型的新兴手段

在幼鼠和人类中,经历在肿瘤或平常构造中行使安详同位素标记的营养素在体内钻研代谢方面取得了重大挺进。在某些情况下,这些钻研还挑供了对肿瘤之间代谢活性如何以构造倚赖的手段转折的洞察力。与典型的体外手段相比,体内示踪剂钻研能够进一步在构造架构、细胞内相互作用和编制代谢的背景下考虑营养和氧气梯度(图2)。

例如,Ma等人近来的做事行使安详同位素示踪剂和[13C]葡萄糖输注技术,在体外和体内跟踪和比较CD8+T细胞对感染发生时的葡萄糖行使情况。这项做事外明,与体外外现的代谢外型差别,CD8+T细胞在体内外现为氧化外型,并行使葡萄糖碳进走相符成代谢,如核苷酸和丝氨酸的生物相符成,而不是乳酸的产生。

在近来的另一项钻研中,勒彻等人行使[13C]-精氨酸输注来晓畅肝脏代谢是如何调节的,以答对慢性病毒感染。总之,这些工行为钻研片面和集体环境对T细胞新陈代谢和珍惜性免疫的影响挑供了湮没的基础(图1)。

图2 行使安详同位素示踪法竖立心理免疫代谢模型的手段

同位素示踪剂,以重标记代谢物的式样,能够静脉注射(Iv)(上)或体外分类成细胞群(下),以实现对体内代谢途径的准确追踪。将体外示踪(下图)与心理介质和氧分压相结相符的手段,为钻研必要进走分选的特定细胞亚群在体内的代谢状态挑供了一条心理建模的途径。

然而,关于免疫代谢的体内钻研也必要仔细。行使13C示踪剂钻研体内免疫细胞代谢的一个挑衅是存在于差别构造中的天然细胞异质性。鉴于肿瘤内异质细胞的复杂性,行使同位素标记的输注技术清淡必要别离(例如,通太甚选或基于试剂盒的纯化)特定的细胞亚群。

别离后对免疫细胞亚群进走分类也必要时间(30分钟到几个幼时),而且清淡必要在最幼的缓冲区(minimal buffers)中进走造就,以促进代谢物池(metabolite pool)大幼的转折。

尽管这栽挑前挑取代谢物的手段能够与体内细胞的保持代谢情况差别,但有证据外明,在分选后的短期造就中,T细胞保留了它们的代谢过程。采取差别的手段,将免疫细胞分成差别的细胞群(即Teff和TeX细胞),然后立即进走体外13C示踪分析,是一栽模拟TME中的免疫细胞代谢的可走的手段。

稀奇是在钻研复杂的细胞异质性或稀疏细胞群体时,经历进一步结相符行使心理介质和更具心理相关性的氧分压,体外示踪实验能够会为模拟体内条件挑供一栽更确凿和更容易获得的手段(图2)。

除了别离细胞的代谢快照(snapshots),基质辅助激光解吸/电离飞走时间质谱等成像技术有能够进一步阐明完善构造内的空间代谢物构成和营养梯度。例如,Fan等人行使体外安详同位素分解代谢组学技术,结相符非幼细胞肺癌患者切除样本的构造学特征,钻研了构造代谢随时间的转折。

Hensley et al.在手术切除前给非幼细胞肺癌患者输注[13C]-葡萄糖,终局表现高灌注区和矮灌注区外现出差别的代谢外型。其他人基于三维解吸电喷雾电离-质谱技术绘制了人类结直肠癌中的代谢物簇(clusters)。

能够空间代谢物图谱和高维免疫细胞成像技术的相互结相符,将使吾们更挨近于实现对复杂构造环境中代谢过程有一个单细胞分辨率级别的理解。

结论

差别细胞的代谢网络是由多栽相互交织的细胞内在因素和环境因素共同作用的终局。经历将这一切念与近来的技术挺进相结相符,如心理造就基、动态缓冲某些营养物质浓度的造就编制、安详的同位素示踪和体内代谢物成像,答该有能够开发出新的策略,促进吾们对TME中免疫代谢的理解。

此外,整相符肿瘤器官和外周血淋巴细胞的共造就手段有能够实现声援对患者TME条件进走更多的“个性化”代谢建模。在更挨近人体内的条件下造就来自患者来源的肿瘤体外构造切片或患者来源的类器官,能够会使吾们有机会更挨近地模拟发生在TME中差别细胞类型之间的代谢串扰。

所以,将免疫代谢的钻研与环境相关首来,对于挑高吾们对免疫细胞功能的理解,以及如何行使这些知识来治疗人类疾病有偏主要意义。

作者:农民工

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