【前沿热点】石榴的肠道菌群代谢产物可提高免疫系统抗癌能力
时间：2023-03-22 阅读：387
近期，德国Georg-Speyer-Haus肿瘤生物学和实验治疗研究所的研究人员在免疫学领域dingji期刊《Immunity》上发表了题为“Expansion of T memory stem cells with superior anti-tumor immunity by Urolithin A-induced mitophagy”的研究论文。抗肿瘤免疫会受到T细胞持久性和抗原呈递减少的限制。Denk等人发现，石榴提取物的天然代谢物尿石素A（Urolithin A）可以增强肿瘤中的抗原呈递，促进CD8+ T细胞的自噬，从而产生具有增强抗肿瘤特性的再生干细胞样记忆细胞（TSCM）。
实验结果
UA以T细胞依赖性的方式抑制肠肿瘤生长
为了研究UA依赖性自噬是否模仿了Stat3△IEC小鼠的效果，并以T细胞依赖性的方式阻止了肠道肿瘤的发展，研究者们采用了氧化偶氮甲烷 （AOM）诱导的肿瘤发生模型。FVB小鼠每周注射一次致癌物AOM，持续6周，并以含UA的饲料（2.28 g/kg）或对照饲料喂养18周（图1A）。口服UA可显著降低肿瘤发生率和肿瘤大小（图1B-1D）。随之而来的是CD3+ T细胞浸润到结肠黏膜的增多（图1E和1F）。结合肿瘤类器官APTK 类器官 （characterized by loss of Apc, Trp53, and Tgfbr2 as well as expression of oncogenic KrasG12D）系统实验 ，证实了UA诱导的肿瘤抑制依赖于T细胞。
UA以T细胞依赖性的方式抑制肠肿瘤生长
为了研究UA依赖性自噬是否模仿了Stat3△IEC小鼠的效果，并以T细胞依赖性的方式阻止了肠道肿瘤的发展，研究者们采用了氧化偶氮甲烷 （AOM）诱导的肿瘤发生模型。FVB小鼠每周注射一次致癌物AOM，持续6周，并以含UA的饲料（2.28 g/kg）或对照饲料喂养18周（图1A）。口服UA可显著降低肿瘤发生率和肿瘤大小（图1B-1D）。随之而来的是CD3+ T细胞浸润到结肠黏膜的增多（图1E和1F）。结合肿瘤类器官APTK 类器官 （characterized by loss of Apc, Trp53, and Tgfbr2 as well as expression of oncogenic KrasG12D）系统实验 ，证实了UA诱导的肿瘤抑制依赖于T细胞。
图1
UA促进TSCM分化
线粒体重塑与T细胞命运的改变有关。考虑到UA效应对CD8+ T细胞的依赖性，研究者们想了解UA是否也可能直接影响T细胞的命运。从FVB小鼠中纯化的T细胞被αCD3/αCD28珠刺激，诱导T细胞分化为效应T细胞亚群，无论UA存在与否，持续72小时。UA给药阻断了向效应T细胞的分化（图2B和2C），并导致幼稚CD44loCD62Lhi T细胞显著增加。此外，还观察到中枢记忆细胞（TCM）的减少，而效应记忆细胞（TEM）的频率保持不变。在CD4+细胞中，只观察到较晚时间点的变化，其特征是CD4+细胞的幼稚样减少，但TEM细胞的频率增强。
线粒体重塑与T细胞命运的改变有关。考虑到UA效应对CD8+ T细胞的依赖性，研究者们想了解UA是否也可能直接影响T细胞的命运。从FVB小鼠中纯化的T细胞被αCD3/αCD28珠刺激，诱导T细胞分化为效应T细胞亚群，无论UA存在与否，持续72小时。UA给药阻断了向效应T细胞的分化（图2B和2C），并导致幼稚CD44loCD62Lhi T细胞显著增加。此外，还观察到中枢记忆细胞（TCM）的减少，而效应记忆细胞（TEM）的频率保持不变。在CD4+细胞中，只观察到较晚时间点的变化，其特征是CD4+细胞的幼稚样减少，但TEM细胞的频率增强。
UA通过过继T细胞转移改善肿瘤治疗
研究者们从OT-1供体小鼠（图3A）中培养T细胞48小时（UA或对照），然后过继转移到免疫缺陷Rag1-/-小鼠。移植后7天，在接受了UA处理的T细胞的小鼠中，移植的CD8+ T细胞的数量更高（图3B），支持增加的扩张潜力。此外，当UA条件下的OT-1 T细胞移植到具有可触及的过表达卵白蛋白APTK （APTK- ova）肿瘤的小鼠（图3C），这导致了与对照OT-I T细胞相比更强的肿瘤抑制（图3D和3E）。对肿瘤的分析显示，在UA-T细胞转移后，肿瘤中CD44表达较低，而TCF1HiCD8+肿瘤浸润T细胞数量较高（图3F和3G）。这在肿瘤中符合UA诱导的记忆表型的维持。CD62L表达保持不变（图3H）。此外，与改善的记忆反应一致，接受UA预处理的T细胞的动物在TME中包含更少的Tim3HiPD1Hi最终耗尽的CD8+ T细胞（图3I）。因此，UA在过继细胞转移过程中增强了免疫介导的抗肿瘤记忆。
UA诱导T细胞的Pink1依赖性自噬
研究者们进一步证实，在给CD8+ T细胞服用UA后6小时内，线粒体膜电位降低（图4A和4B）。这伴随着增强的溶酶体形成（图4C）， 24小时后，线粒体含量以剂量依赖性的方式丢失（图4D）。后者可以在所有分析的T细胞亚群中检测到，因此提示有丝分裂的诱导。图4的其他数据也有力地支持了UA诱导的依赖于Pink1的自噬触发TSCM的形成以增强抗肿瘤免疫的观点。
研究者们进一步证实，在给CD8+ T细胞服用UA后6小时内，线粒体膜电位降低（图4A和4B）。这伴随着增强的溶酶体形成（图4C）， 24小时后，线粒体含量以剂量依赖性的方式丢失（图4D）。后者可以在所有分析的T细胞亚群中检测到，因此提示有丝分裂的诱导。图4的其他数据也有力地支持了UA诱导的依赖于Pink1的自噬触发TSCM的形成以增强抗肿瘤免疫的观点。
图4
UA通过Pgam5胞质释放驱动Wnt信号诱导TSCM
研究者们共鉴定出1178个差异表达基因，其中765个表达上调，413个表达下调（图5A）。UA治疗降低了免疫检查点和效应分子编码基因的表达，而增强了Cd27、Ccr7和粘附基因的表达（图5B），这是干细胞样CD8+ T细胞的一个特征。另外，研究了观察到的TCF1上调是否是Wnt信号增强的结果。根据这一概念，观察到几个Wnt靶基因的转录增加（扩展数据图4B）。此外，UA在6小时后已经导致β-连环蛋白磷酸化显著下降（图5），表明Wnt信号的激活早于转录因子的改变。图其他结果表明UA通过Wnt依赖的PGC-1a上调来驱动TSCM的形成，这是由Pgam5在自噬反应中的囊内释放所促进的。
图5
UA促进人TSCM细胞，帮助产生有效的CAR - TSCM
最后，研究者们希望确定UA是否会导致人类CD8+ T细胞中TSCM细胞的扩增。从健康献血者的外周血单个核细胞（PBMCs）中分离出人CD3+ T细胞，并在UA存在的情况下体外用αCD3/αCD28珠刺激它们。事实上，在5 / 5个人供体中，UA增加了基于CD45RA+CCR7HiCD62L+CD95+CD8+表达的人类TSCM细胞的频率（图6B;图S5A和S5B）。与小鼠T细胞一样，UA处理48小时后，人CD8+ T细胞显示出线粒体膜电位下降（图6C），细胞内染色证实TCF1表达增加（图6D），证实UA诱导小鼠和人T细胞的记忆干细胞特征。为了确定UA引发的自噬是否也构成了诱导CAR-TSCM的可行策略，在存在或不存在UA的情况下，激活的T细胞通过慢病毒载体（VSV-LV）转导CD19-CAR基因。转导后3天，测定CAR -表达TSCM的数量（图6E）。UA不影响基因传递到CD8+细胞；然而，尽管在UA暴露后，CAR-表达的TSCM细胞显著增加，约占CD8+细胞的60%（图6F），但这对CD19 CAR- T细胞介导的NALM-6白血病细胞杀伤没有负面影响（图6G）。即使将UA应用于先前冷冻的癌胚抗原特异性CAR - T细胞（CEA;图6H），这种强烈增强的CAR - TSCM形成（图6I）与表达CEA的人类CRC类器官的杀伤效果相当（图6J）。因此，UA显著增强CAR-TSCM细胞的增殖。在CAR T 细胞杀伤实验中，采用了Molecular Devices 公司的SpectraMax iD3酶标仪的发光模式进行了数据读取。
最后，研究者们希望确定UA是否会导致人类CD8+ T细胞中TSCM细胞的扩增。从健康献血者的外周血单个核细胞（PBMCs）中分离出人CD3+ T细胞，并在UA存在的情况下体外用αCD3/αCD28珠刺激它们。事实上，在5 / 5个人供体中，UA增加了基于CD45RA+CCR7HiCD62L+CD95+CD8+表达的人类TSCM细胞的频率（图6B;图S5A和S5B）。与小鼠T细胞一样，UA处理48小时后，人CD8+ T细胞显示出线粒体膜电位下降（图6C），细胞内染色证实TCF1表达增加（图6D），证实UA诱导小鼠和人T细胞的记忆干细胞特征。为了确定UA引发的自噬是否也构成了诱导CAR-TSCM的可行策略，在存在或不存在UA的情况下，激活的T细胞通过慢病毒载体（VSV-LV）转导CD19-CAR基因。转导后3天，测定CAR -表达TSCM的数量（图6E）。UA不影响基因传递到CD8+细胞；然而，尽管在UA暴露后，CAR-表达的TSCM细胞显著增加，约占CD8+细胞的60%（图6F），但这对CD19 CAR- T细胞介导的NALM-6白血病细胞杀伤没有负面影响（图6G）。即使将UA应用于先前冷冻的癌胚抗原特异性CAR - T细胞（CEA;图6H），这种强烈增强的CAR - TSCM形成（图6I）与表达CEA的人类CRC类器官的杀伤效果相当（图6J）。因此，UA显著增强CAR-TSCM细胞的增殖。在CAR T 细胞杀伤实验中，采用了Molecular Devices 公司的SpectraMax iD3酶标仪的发光模式进行了数据读取。
图6
总结
T记忆干细胞（TSCM）表现出增强的自我更新能力和延长的生存能力，从而防止T细胞衰竭，促进有效的抗肿瘤T细胞反应。TSCM细胞可以被尿石素A （UA）扩增。 （UA）是由肠道微生物群系从富含鞣花丹宁的食物中产生的，已被证明可以改善线粒体健康状态。口服UA给荷瘤小鼠提供了强大的抗肿瘤CD8+ T细胞免疫，而体外UA预处理的T细胞在过继细胞转移后显示出更好的抗肿瘤功能。UA诱导的TSCM的形成依赖于Pink1介导的自噬触发线粒体磷酸酶Pgam5的胞质释放。胞质Pgam5去磷酸化β-catenin，驱动Wnt信号通路和代偿性线粒体生物发生。总的来说，研究者们揭示了一个连接自噬和TSCM形成的关键信号通路，并认为耐受性良好的代谢化合物UA是改善免疫治疗的一个有吸引力的选择。
T记忆干细胞（TSCM）表现出增强的自我更新能力和延长的生存能力，从而防止T细胞衰竭，促进有效的抗肿瘤T细胞反应。TSCM细胞可以被尿石素A （UA）扩增。 （UA）是由肠道微生物群系从富含鞣花丹宁的食物中产生的，已被证明可以改善线粒体健康状态。口服UA给荷瘤小鼠提供了强大的抗肿瘤CD8+ T细胞免疫，而体外UA预处理的T细胞在过继细胞转移后显示出更好的抗肿瘤功能。UA诱导的TSCM的形成依赖于Pink1介导的自噬触发线粒体磷酸酶Pgam5的胞质释放。胞质Pgam5去磷酸化β-catenin，驱动Wnt信号通路和代偿性线粒体生物发生。总的来说，研究者们揭示了一个连接自噬和TSCM形成的关键信号通路，并认为耐受性良好的代谢化合物UA是改善免疫治疗的一个有吸引力的选择。