免疫細胞代謝物如何影響抗腫瘤免疫反應?

理化學研究所于11月10日宣布發(fā)現(xiàn)了一種抗腫瘤免疫機制，其目標是來自B細胞的γ-氨基丁酸(GABA)。 該研究由理化學研究所生物醫(yī)學研究與創(chuàng)新中心粘膜免疫研究小組組長西德尼-法加拉桑和京都大學醫(yī)學研究生院癌癥免疫學中心的博士后研究員赤城浩領導的聯(lián)合研究小組進行。 該研究結(jié)果已發(fā)表在《自然》雜志的網(wǎng)絡版上。

生命的維持需要新陳代謝，這涉及能量的獲取和生物成分的合成或分解。 代謝途徑的平衡對組織和細胞的正常運作很重要，而這些途徑的異常可能導致疾病，如糖尿病和腫瘤。

免疫細胞可分為先天性免疫細胞(如單核細胞和巨噬細胞)和獲得性免疫細胞(T細胞和B細胞)，但它們的代謝途徑的特點還沒有被清楚地了解。 近年來，人們已經(jīng)清楚地認識到，代謝途徑的產(chǎn)物不僅僅是用于化學反應的中間產(chǎn)物，而且還具有特定的生物活性并調(diào)節(jié)細胞功能。 然而，它們的分子機制仍然不清楚。

在這項研究中，研究小組著重研究了通過代謝物對免疫細胞功能的調(diào)節(jié)，并研究了免疫細胞中代謝途徑的特點對抗腫瘤免疫反應的影響。

小鼠的炎癥通過激活外周B細胞刺激GABA的合成

首先，研究小組引入足底接種模型，尋找免疫細胞的代謝途徑特點，并對野生型小鼠、T細胞缺陷小鼠、B細胞缺陷小鼠以及同時缺乏成熟T細胞和成熟B細胞的小鼠接種和未接種的淋巴結(jié)進行代謝組學分析。 結(jié)果顯示，與未接種的淋巴結(jié)相比，野生型小鼠接種的淋巴結(jié)中丙氨酸、天門冬氨酸和谷氨酰胺代謝途徑的代謝物濃度明顯改變，其中參與谷氨酰胺代謝途徑的γ-氨基丁酸(GABA)明顯增加。

此外，在接種后對野生型小鼠和免疫細胞缺陷的小鼠進行比較發(fā)現(xiàn)，當B細胞缺乏時，GABA明顯減少。 此外，類風濕性關節(jié)炎患者的血漿GABA濃度與疾病活動評估得分和血漿自身抗體(抗環(huán)瓜氨酸肽)濃度呈正相關，表明B細胞的激活促進了外周的GABA合成。

B細胞從谷氨酰胺中合成GABA并分泌到細胞外

接下來，我們測量了從不同組織中分離出來的T細胞和B細胞中的GABA濃度，發(fā)現(xiàn)B細胞系，特別是小腸的IgA陽性漿細胞，含有高濃度的GABA。 為了闡明B細胞中GABA的合成機制，用谷氨酰胺同位素(13C-谷氨酰胺)示蹤法對培養(yǎng)板中受刺激的活T細胞和B細胞的培養(yǎng)液上清液進行了分析。 結(jié)果顯示，人類和小鼠B細胞在細胞內(nèi)從谷氨酰胺合成GABA，并在細胞外分泌。

用GABA處理的B細胞缺陷小鼠的腫瘤生長，用GABA-A受體拮抗劑抑制腫瘤

基于先前發(fā)現(xiàn)B細胞缺陷的小鼠表現(xiàn)出強烈的抗腫瘤免疫反應，研究人員通過給B細胞缺陷的小鼠注射能夠逐漸釋放GABA的顆粒，并測量小鼠結(jié)腸癌MC38、腫瘤浸潤性CD8陽性T細胞(TICD8)、腫瘤相關巨噬細胞(TMC)和腫瘤相關巨噬細胞(TMC)的生長速度，研究了GABA的作用。 腫瘤相關的巨噬細胞(TAMs)，分別。 結(jié)果顯示，在B細胞缺乏的小鼠中，GABA處理導致腫瘤組織增加，TICD8的殺傷能力下降，以及TAMs分化為抗炎表型。

此外，給植入腫瘤的野生型小鼠服用GABA-A受體拮抗劑(picrotoxin)，可部分抑制腫瘤生長，并導致TICD8和TAMs的抗炎表型，表明GABA部分通過GABA-A受體抑制了抗腫瘤免疫反應。

抑制 "B細胞派生 "的GABA合成，通過增強TICD8來抑制腫瘤大小

接下來，由于TAMs主要是由單核細胞分化而來的巨噬細胞，我們測試了GABA是否對從單核細胞到巨噬細胞的分化過程有直接影響。 在體外分離的人類或小鼠單核細胞，在GABA存在下分化成巨噬細胞，發(fā)現(xiàn)其細胞增殖和活力增加，抗炎標志物葉酸受體β的表達增強。 當用白細胞介素-10(IL-10)刺激時，巨噬細胞的抗炎表型也被GABA所增強。 當這些巨噬細胞與CD8陽性T細胞共同培養(yǎng)時，它們殺死T細胞的能力和功能受到抑制。

最后，為了研究B細胞衍生的GABA對抗腫瘤免疫反應的影響，我們產(chǎn)生了缺乏B細胞特異性GABA合成酶GAD67的小鼠并進行了腫瘤接種實驗。 結(jié)果顯示，GAD67缺陷小鼠的腫瘤大小被明顯抑制，TICD8的腫瘤殺傷能力得到增強。

期待通過GABA調(diào)控對癌癥和自身免疫性疾病等新療法進行治療

這些結(jié)果表明，B細胞衍生的GABA通過誘導單核細胞分化為抗炎巨噬細胞而抑制了抗腫瘤免疫反應。

這項研究揭示了以小分子代謝物為中心的抗腫瘤免疫力的部分機制。 該研究小組現(xiàn)在將致力于開發(fā)調(diào)節(jié)GABA或類似代謝物的藥物，以控制腫瘤、自身免疫性疾病和感染的免疫反應。