肥胖，作為一種全世界范圍的“流行病“，其本質(zhì)是一種慢性代謝性疾病。研究顯示，肥胖除可造成心血管負擔(dān)外，還被證實至少是13種癌癥（肺癌、肝癌、胰腺癌、甲狀腺癌、黑色素瘤、結(jié)直腸癌、乳腺癌等）的危險因素。以往研究多集中在腫瘤細胞本身及內(nèi)分泌系統(tǒng)腫瘤細胞調(diào)節(jié)軸上。然而，肥胖引起的全身性代謝變化如何影響局部腫瘤微環(huán)境（TME）中免疫細胞，如何進一步影響腫瘤生長的內(nèi)在機制尚不清楚。

2020年12月，來自哈佛醫(yī)學(xué)院的研究團隊在CELL（IF=38.637）上在線發(fā)表了題為“Obesity Shapes Metabolism in the Tumor Microenvironment to Suppress Anti-Tumor Immunity”的研究論文。作者利用代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)和基因組學(xué)技術(shù)對高脂飲食（HFD）小鼠腫瘤組織進行分析，揭示肥胖損害小鼠腫瘤微環(huán)境中CD8+T細胞數(shù)量和抗腫瘤活性，進而加速腫瘤生長。

研究材料：CD、HFD小鼠MC38腫瘤模型 血漿和腫瘤組織（腫瘤細胞和間質(zhì)液）

技術(shù)方法：蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)（靶向脂質(zhì)組學(xué)、靶向代謝組學(xué)）、基因組學(xué)

實驗方法簡介：

步驟1：構(gòu)建HFD模型，揭示HFD影響腫瘤生長

步驟2：單細胞測序，繪制腫瘤免疫浸潤的整體代謝變化譜

步驟3：多種組織成像揭示HFD組腫瘤獨特代謝重塑過程

步驟4：多組學(xué)揭示HFD腫瘤細胞對脂肪酸的攝取和氧化特征，并篩選潛在干預(yù)靶點

步驟5：動物實驗證實PHD3的作用機制及其作為治療靶點的潛在可行性

主要研究結(jié)果：

1.表型分析：HFD以CD8+T細胞依賴性方式加速MC38腫瘤生長

首先，作者利用C57野生小鼠構(gòu)建隨意控制飲食（CD）和高脂飲食（HFD）模型，喂食8-10周后觀察到明顯肥胖相關(guān)代謝變化。接著，作者對模型小鼠注射同系MC38大腸癌細胞，建立高度免疫原性大腸癌腫瘤模型。結(jié)果顯示，HFD組腫瘤生長較快，且飲食相關(guān)的腫瘤生長差異依賴CD8+T細胞存在，當(dāng)清除體內(nèi)CD8+T細胞后，不同飲食組腫瘤生長無差異。

令人驚訝的是，HFD單純影響了腫瘤微環(huán)境中CD8+T細胞數(shù)量，而機體其他部位的CD8+T細胞并未受到影響。此外，腫瘤微環(huán)境（TME）中活性減低的殘存CD8+T細胞離體培養(yǎng)后活性恢復(fù)，提示腫瘤中某些成分損害了CD8+?T細胞功能。

2.單細胞測序：繪制腫瘤免疫浸潤的整體代謝變化譜

接著，作者對不同組腫瘤浸潤的CD45+白細胞進行單細胞RNA-seq，通過無監(jiān)督聚類分析發(fā)現(xiàn)16個不同集群。其中，HFD組淋巴細胞明顯減少，而免疫抑制性骨髓細胞群比例無明顯變化。為進一步確定HFD引起的整體代謝變化，作者對所有細胞進行基因注釋（61個KEGG代謝基因），發(fā)現(xiàn)HFD組腫瘤中白細胞富集了脂肪和膽固醇代謝的多種途徑。HFD組腫瘤TME中免疫細胞出現(xiàn)獨特代謝適應(yīng)過程（T細胞差異顯著），表明重要碳代謝途徑發(fā)生顯著變化。

3.多重成像揭示HFD組腫瘤獨特代謝重塑過程

為確定肥胖是否影響腫瘤浸潤淋巴細胞（TILs）在TME中位置，及其是否與腫瘤內(nèi)代謝生態(tài)位變化相關(guān)。作者利用循環(huán)免疫熒光技術(shù)（CyCIF）對TME中細胞位置和形態(tài)進行繪制。結(jié)果顯示，HFD組腫瘤中CD8+和CD4+T細胞與糖酵解標記物GLUT1之間重疊減少，換言之，CD8+T細胞可能被排除在GLUT1高表達區(qū)域之外。以上提示HFD改變了腫瘤內(nèi)的代謝生態(tài)位互作，影響了局部T細胞浸潤模式。

4.多組學(xué)揭示HFD腫瘤細胞對脂肪酸的攝取和氧化特征

作者利用TMT蛋白組學(xué)對不同組腫瘤中分選的GFP+細胞進行分析，共鑒定到7178種蛋白質(zhì)。結(jié)果顯示，相比于CD組，HFD組脂肪酸代謝和氧化磷酸化途徑富集；IFNg反應(yīng)降低，這可能因為CD8+T細胞浸潤減少導(dǎo)致。進一步分析顯示，HFD通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)運蛋白（SCL27A1）、脂肪酸合成蛋白（FABP5）和線粒體β氧化涉及蛋白（CPT1A、ACSM3、ACADVL、ETFB和ECHS1）來增加脂肪酸利用。而催化不可逆/或限速步驟的糖酵解酶明顯下調(diào)。

作者利用靶向脂質(zhì)組學(xué)分析小鼠血漿和腫瘤區(qū)室（GFP+MC38腫瘤細胞和腫瘤間質(zhì)液TIF）內(nèi)脂質(zhì)組成，發(fā)現(xiàn)HFD組血漿和TIF中脂質(zhì)利用率顯著變化、且兩者存在正相關(guān)，表明TIF成分主要反映了循環(huán)內(nèi)脂質(zhì)水平。進一步分析發(fā)現(xiàn)，甘油三酯（TAG）和甘油二脂（DAG）在TIF顯著富集，而在血漿中無富集。接著，作者測量了腫瘤裂解液和心臟中脂蛋白脂肪酶（LPL）活性，發(fā)現(xiàn)其在腫瘤微環(huán)境中活性升高。以上提示HFD腫瘤富含脂質(zhì)微環(huán)境，具有局部脂肪酶活性，促進腫瘤細胞攝取。

為檢驗?zāi)[瘤細胞中PHD3（肥胖組癌細胞中表達降低）表達是否調(diào)節(jié)游離脂肪酸（FFA）的局部可用性，作者利用靶向代謝組學(xué)測量MC38腫瘤血漿和TIF中FFA。結(jié)果顯示FHD增加了包括棕櫚酸和油酸（C16:0和C18:1）在內(nèi)的許多FFA循環(huán)水平，且TIF中局部FFA水平發(fā)生下降。提示FFA在HFD腫瘤TME中具有獨特作用，局部的代謝重編程會影響FFA利用率。

5.動物實驗：腫瘤細胞PDH3過表達促進CD8+T細胞增殖

PHD3，被證實在正常細胞中抑制脂肪過度活化的蛋白質(zhì)。為確定改變MC38腫瘤細胞中PHD3表達是否影響CD8+?T細胞對腫瘤控制，作者對CD或HFD小鼠注射了EV轉(zhuǎn)導(dǎo)的PHD3-OE MC38腫瘤細胞。結(jié)果顯示，PHD3過表達降低了HFD組腫瘤吸收脂肪的能力，恢復(fù)了TME中關(guān)鍵游離脂肪酸的可用性。此外，PHD3過表達顯著增加了HFD組腫瘤組織中CD8+?T細胞浸潤，進而影響腫瘤生長。然而，在CD8+T細胞缺失小鼠中，PHD3過表達對腫瘤生長無顯著影響。隨后，作者進一步又分析了人類腫瘤數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)PHD3的低表達與“冷”腫瘤（免疫細胞減少）相關(guān)。進一步證明，腫瘤脂肪代謝的重要性，即肥胖降低了機體對多種癌癥的腫瘤免疫反應(yīng)。

小編小結(jié):

該研究揭示了腫瘤細胞通過改變脂肪酸分配和必要代謝產(chǎn)物局部耗竭對肥胖環(huán)境做出適應(yīng)，進一步導(dǎo)致T細胞功能障礙，加速腫瘤的生長。這凸顯了腫瘤局部組織代謝復(fù)雜性，并證明腫瘤內(nèi)細胞群的代謝交換是調(diào)節(jié)腫瘤生長的免疫控制因素，暗示著腫瘤內(nèi)的代謝狀態(tài)可能對治療結(jié)果產(chǎn)生深遠影響。本研究為更好地了解肥胖是如何影響癌癥以及患者新陳代謝對治療結(jié)果的影響奠定了基礎(chǔ)，也為后續(xù)腫瘤免疫治療提供了新的思路。

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