腫瘤微環境(tumor microenvirment,TME)是指腫瘤細胞生存與擴散所處的內部環境，TME不僅包含腫瘤細胞本身、各種信號分子及細胞外基質，還包括與腫瘤細胞密切相關的免疫細胞、成纖維細胞和骨髓源性炎性細胞等。近年來，以免疫檢查點阻斷(immune checkpoint blockade,ICB)為代表腫瘤免疫療法因其相對較小的副作用、較高的特異性及抑制復發等優點，成為腫瘤治療與藥物開發的新熱點，相關基礎和臨床研究方興未艾，突破性成果不斷涌現。然而，超過一半的腫瘤患者經ICB治療后病程無明顯改善，解析影響ICB有效性的制約因素，并以此研發新的ICB治療策略仍迫在眉睫。
程序性細胞死亡受體1(programmed cell death-1, PD-1)阻斷是ICB腫瘤免疫療法中最有代表性的治療策略之一。正常生理狀態下，PD-1與其配體PD-L1結合后能夠通過下游信號抑制T細胞過度活化攻擊正常細胞;但腫瘤細胞表面PD-L1表達異常上調，通過過度激活PD-1/PD-L1信號誘導T細胞耗竭，使腫瘤細胞發生免疫逃逸，導致腫瘤發展，患者病情惡化。而PD-1/PD-L1阻斷療法通過抑制PD-1/PD-L1信號而重新激活了腫瘤免疫微環境中的耗竭T細胞，恢復其對腫瘤細胞的殺傷功能，提高抗腫瘤免疫活性。包括CD8+T細胞在內的效應T細胞是執行抗腫瘤免疫功能的主力，而調節性T(Treg)細胞能夠通過控制免疫系統的異常激活而維持免疫穩態，腫瘤免疫微環境中Treg細胞會抑制效應T細胞的功能，甚至抑制其抗腫瘤活性。因此，TME中CD8+T細胞和Treg細胞間的平衡對腫瘤免疫療法的有效性至關重要。
近日，日本國立癌癥研究中心Hiroyoshi Nishikawa教授領銜在Cancer Cell雜志發表了題為Lactic acid promotes PD-1 expression in regulatory T cells in highly glycolytic tumor microenvironments的研究長文，通過從代謝角度研究TME中表達PD-1的效應T細胞和Treg細胞間穩態平衡的影響因素，發現乳酸能夠作為Treg細胞的代謝檢查點并控制TME中的免疫反應，影響PD-1阻斷的效率。
首先，作者研究了TME中Treg細胞影響PD-1表達的因素。根據FOXP3和CD45RA的表達水平，作者將Treg細胞分為兩類，即初始Treg細胞(CD45RA+CD25lowFOXP3lowCD4+)和效應調節性eTreg細胞(CD45RA–CD25highFOXP3highCD4+)，而根據PD-1表達又將eTreg細胞分為PD-1higheTreg細胞和PD-1loweTreg細胞。不同腫瘤樣本的RNA-seq分析發現PD-1higheTreg細胞中與糖酵解有關的基因及MYC靶基因表達上調，進一步驗證后發現TME中腫瘤細胞的糖酵解活性與eTreg細胞中PD-1的表達存在正相關性。CD4+T細胞與CD8+T細胞比例是機體免疫狀態的重要指標，而TME內CD8+T細胞PD-1的表達水平與CD4+eTreg細胞相比顯著降低。
接下來，作者探究了eTreg細胞PD-1表達顯著高于CD8+T細胞的調控機制。腫瘤細胞糖酵解的終產物為乳酸，而對腫瘤樣本RNA-seq的富集分析發現PD-1+eTreg細胞中乳酸轉運蛋白MCT1及其互作蛋白CD147表達異常上升，對ChIP-seq數據分析后發現FOXP3能夠促進eTreg細胞中MCT1和CD147的表達。對eTreg細胞中乳酸與PD-1表達的關聯性進行探究后，作者發現低葡萄糖狀態下，乳酸能夠誘導eTreg細胞PD-1的表達，并能促進eTreg細胞的增殖且抑制其凋亡，但乳酸對CD8+T細胞PD-1表達和增殖活性的調控與eTreg細胞相反。低葡萄糖高乳酸環境中，eTreg細胞內FOXP3的表達能夠上調MCT1水平，繼而促進乳酸的攝取，但乳酸對CD8+ T細胞不存在類似的誘導機制。
隨后，作者發現PD-1阻斷可以在低葡萄糖高乳酸環境下增強eTreg細胞的活性，導致對CD8+T細胞效應功能的抑制更強，表明乳酸富集誘導的eTreg細胞PD-1上調與PD-1阻斷治療失敗間存在直接聯系。PD-1higheTreg細胞中MYC基因表達上調，而在過表達MYC的腫瘤細胞系中，糖酵解水平及乳酸生成量上升。過表達MYC的腫瘤組織中CD8+T細胞數量及其表達的PD-1水平下降，但MYC過表達腫瘤組織中乳酸過量產生會特異性誘導eTreg細胞PD-1的表達，導致PD-1阻斷中Treg細胞的免疫抑制性增強，誘導PD-1治療中耐藥性的產生。另一方面，抑制腫瘤細胞中乳酸脫氫酶A(LDHA)的表達或抑制TME中Treg細胞MCT1的表達會導致乳酸生成減少，進而使CD8+T細胞PD-1表達上升，eTreg細胞PD-1表達下調。抑制LDHA還會降低Treg細胞的免疫抑制功能，從而使PD-1阻斷療法的效率提高。對肝內腫瘤樣本的體內實驗也發現抑制腫瘤細胞或Treg細胞的乳酸代謝可以提高PD-1阻斷療法的效率。對多種類型腫瘤患者的隊列分析發現腫瘤組織LDHA或MYC表達水平與無病進展生存期(Progression-Free Survival，PFS)長度呈負相關，通過糖酵解及乳酸代謝基因的表達可以預測臨床腫瘤患者PD-1阻斷療法的有效性。
綜上所述，本研究發現與效應T細胞相比，Treg細胞能夠利用MCT1在糖酵解水平異常升高的腫瘤微環境中高效攝取乳酸，促進NFAT1入核并誘導Treg細胞表達PD-1，而效應T細胞PD-1的表達被抑制，導致了PD-1免疫阻斷療法的失效。本研究揭示了乳酸代謝影響腫瘤免疫微環境的新方式，為以乳酸代謝(如MCT1、LDHA)為靶標研發新的腫瘤免疫治療策略提供了新的思路。
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