Numidargistat

Abstract Bone metastasis is a lethal consequence of breast cancer. AT-rich interaction domain 1 A gene (ARID1A), a subunit of the switch/sucrose non-fermentable (SWI/SNF) complex, regulates immunosuppressive tumor microenvironment. However, its specific role in bone metastasis remains unclear. Here, we show that female patients with ARID1A‑mutated triple negative breast cancer (TNBC) exhibit a higher bone metastasis incidence. Most ARID1A mutations result in loss of protein expression. ARID1A deficiency upregulates the arginine metabolic pathway, increasing ornithine and spermine levels that promote the expansion of polymorphonuclear myeloid-derived suppressor cells (PMN-MDSCs) within the bone marrow, thereby facilitating bone metastasis. Targeting key enzymes of arginase 2 (ARG2) and ornithine decarboxylase 1 (ODC1) in arginine metabolic pathway effectively reduces bone metastasis in ARID1A-deficient models. Collectively, these findings reveal that ARID1A deficiency promotes bone metastasis by activating arginine metabolism to expand PMN-MDSCs and potentially offers therapeutic strategies for preventing bone metastasis in female patients with ARID1A-deficient TNBC.一、核心研究团队与领域 本文的通讯作者来自 复旦大学附属上海肿瘤医院 的核心团队： 胡夕春教授：复旦大学附属肿瘤医院大内科首席专家，担任ESMO乳腺癌Faculty Member及ABC5 panelist，同时是中国抗癌协会多原发和不明原发肿瘤专委会主委。长期专注于乳腺癌的精准治疗、化疗及新药临床试验，在CDK4/6抑制剂耐药及内分泌治疗等领域有深厚造诣。 陶中华副主任医师：复旦大学肿瘤学专业毕业，国家科技重大专项新药研发骨干，擅长复发转移性乳腺癌的个体化治疗与临床研究。 杨梦迪博士：主要从事乳腺癌骨转移的基础研究与转化医学，在骨转移标本的脱钙处理和免疫组化检测方面积累了丰富的技术经验。 三位通讯作者形成了“基础机制研究→临床验证→转化治疗”的完整闭环，这也是本文能够打通从分子机制到动物模型再到临床队列全链条的关键所在。二、研究背景：TNBC骨转移的“隐秘战场” 三阴性乳腺癌是乳腺癌家族中最凶险的亚型，骨转移的发生率极高。当肿瘤细胞播散至骨骼后，骨骼微环境非但不是“死亡陷阱”，反而成为一个支持肿瘤细胞存活和休眠的天然庇护所。更棘手的是，骨转移灶还会成为“二级转移枢纽”，后续进一步播散至肺、肝、脑等重要脏器。然而，长期以来TNBC骨转移的分子机制始终未被完全阐明，临床上缺乏有效的防治手段。 ARID1A是染色质重塑复合体SWI/SNF的核心亚基，在约7%的乳腺癌中存在失活突变，导致ARID1A蛋白表达缺失。以往研究主要关注ARID1A在上皮-间质转化和抗肿瘤免疫中的作用，但其与骨转移的关联一直处于空白状态。与此同时，精氨酸代谢作为肿瘤微环境中连接癌细胞与免疫细胞的关键代谢通路，其是否参与了ARID1A缺陷介导的骨转移，同样是一个悬而未决的科学问题。 补充进展：2026年初的多项研究揭示，ARID1A不仅依赖SWI/SNF复合体发挥抑癌功能，还可能存在不依赖SWI/SNF的独立机制调控肿瘤进展，这为本研究发现的ARID1A缺陷激活精氨酸代谢的全新机制提供了重要的背景支撑。此外，多胺代谢失调与肿瘤免疫抑制的关系也日益受到关注，针对ODC1的抑制剂DFMO联合多胺转运抑制剂的临床试验正在晚期实体瘤中积极推进。三、现象发现：从663例患者ctDNA中锁定的线索 这项研究有一个扎实的临床起点——研究者对663例转移性乳腺癌患者的外周血进行了循环肿瘤DNA分析。通过高通量基因测序，他们系统排查了多个基因突变与器官特异性转移的关联。结果发现：ARID1A突变在所有被检测的基因中与骨转移的关联最为显著。值得注意的是，约68%的ARID1A突变为截短或缺失事件，这些突变类型被预测会导致ARID1A蛋白完全失活，因此研究者推测ARID1A蛋白功能缺失才是驱动骨转移的核心因素。 进一步分层分析显示，这一关联仅存在于三阴性乳腺癌亚型中，而在Luminal A、Luminal B或HER2阳性乳腺癌中均不显著。为了从蛋白层面验证这一现象，研究团队又利用108例TNBC患者的组织微阵列进行了免疫组化分析，结果再次证实：低ARID1A表达组的骨转移发生率高达49.1%，而高表达组仅为23.5%。这一从基因到蛋白的双重证据，为后续机制研究奠定了坚实的临床基础。 补充进展：精氨酸代谢在骨转移中的作用已逐渐成为研究热点。2026年初的一项研究发现，lncRNA SNHG18表达下调通过上调ARG2和NOS2导致精氨酸耗竭，同样促进前列腺癌骨转移的免疫抑制微环境形成，表明精氨酸代谢可能是多种肿瘤骨转移的共同机制之一。此外，MDSCs在骨转移中的核心作用也被系统性梳理——骨转移将骨髓转化为“MDSC扩增器”，血管、基质和代谢线索共同促进MDSCs的募集和功能成熟。四、关键蛋白/基因的研究进展 ARID1A：作为SWI/SNF复合体的核心组分之一，它的失活会导致染色质可及性紊乱。已有研究揭示其在免疫调节中的作用，但ARID1A与精氨酸代谢通路之间的交叉对话此前从未被报道，这使得本文在代谢重编程领域具备了高度的原创性。 ARG2：将精氨酸转化为鸟氨酸的关键限速酶。本研究发现ARID1A缺陷时，转录因子ARID3A被招募至ARG2增强子区域，激活其转录。 ODC1：将鸟氨酸转化为多胺的限速酶，是多胺代谢通路中的核心调控节点。DFMO正是其特异性抑制剂，在本研究中被用于靶向干预。 PMN-MDSCs：在人类中鉴定为CD11b⁺CD14⁻HLA-DR⁻/ˡᵒʷCD66b⁺，在形态上与中性粒细胞相似，是肿瘤微环境中最主要的MDSCs亚群，通过分泌多种免疫抑制因子构建免疫屏障。本研究首次揭示了ARID1A缺陷通过代谢产物驱动其扩增的全新机制。五、研究思路：一条完整的级联通路 本文的研究逻辑清晰且层层递进： 临床发现阶段：ctDNA队列筛查→ARID1A突变与TNBC骨转移强关联→蛋白水平验证→明确现象存在。 体内功能验证阶段：构建ARID1A敲除和过表达细胞系→心内注射和胫骨内注射两种骨转移动物模型→BLI动态监测→确认ARID1A缺陷促进骨转移。 机制探索阶段：代谢组学+转录组学双组学分析→精氨酸代谢通路富集→ATAC-seq+ChIP-seq揭示表观调控→ARG2和ODC1上调→鸟氨酸和精胺积累。 免疫机制解析阶段：scRNA-seq分析骨髓免疫细胞→PMN-MDSCs比例升高→拟时序追踪发育轨迹→共培养验证代谢产物驱动PMN-MDSCs扩增。 靶向治疗验证阶段：CB-1158+DFMO双靶点抑制→体内外功能评估→安全性评估。六、详细研究方法 临床队列分析：收集663例转移性乳腺癌患者的ctDNA检测数据，结合临床随访信息，分析基因突变与器官特异性转移的相关性。同时构建108例TNBC组织微阵列进行ARID1A蛋白表达的IHC评分。 动物模型：采用心内注射（左心室注射2×10⁵个肿瘤细胞）和胫骨内注射两种经典骨转移动物模型，配合活体生物发光成像对肿瘤进展进行纵向监测。同时构建Arid1aᶠˡᵒˣ/ᶠˡᵒˣ；Mmtv-Cre⁺条件性敲除小鼠，在乳腺组织中特异性敲除Arid1a。 多组学分析：非靶向代谢组学（LC-MS/MS）和转录组学联合分析差异通路；ATAC-seq检测全局染色质可及性变化；H3K27ac ChIP-seq识别增强子活性区域；后续通过ChIP-qPCR和双荧光素酶报告基因实验验证ARID3A与ARG2增强子的结合。 单细胞转录组测序：对骨髓样本进行10× Genomics平台scRNA-seq，结合t-SNE降维和Monocle拟时序分析，追踪PMN-MDSCs的发育轨迹。 体外共培养体系：将小鼠骨髓来源细胞或人外周血PBMC与肿瘤细胞共培养72小时，在GM-CSF和IL-6诱导下生成MDSCs，通过流式细胞术进行表型鉴定。 靶向干预实验：使用CB-1158（ARG2抑制剂，100mg/kg，每日两次灌胃）和DFMO（ODC1抑制剂，100mg/kg，每日一次灌胃），评估单药及联合用药对骨转移和PMN-MDSCs的影响，同时开展全面的肝肾功能和血常规安全性评估。七、结果部分的详细解析7.1 ARID1A缺陷通过精氨酸代谢促进骨转移 代谢组学和转录组学联合分析结果显示，精氨酸和脯氨酸代谢通路在ARID1A敲除细胞中富集最为显著。转录组热图进一步定位出差异最明显的基因：ODC1在敲除细胞中上调最为突出，ARG2也显著升高，而OAT无明显变化。ATAC-seq显示ARID1A敲除后全局染色质可及性下降，但在ARG2的特定调控区域，H3K27ac的富集增加了10倍。通过基序富集分析鉴定出候选转录因子ARID3A，ChIP-qPCR和双荧光素酶报告实验证实ARID3A直接结合ARG2增强子并驱动其转录激活。7.2 肿瘤细胞分泌鸟氨酸和精胺驱动PMN-MDSCs扩增 LC-MS/MS定量分析显示，敲除细胞内鸟氨酸和精胺水平显著升高，而精氨酸水平下降。令人意外的是，外源性补充鸟氨酸和精胺对肿瘤细胞自身的增殖和迁移无直接影响，提示这些代谢产物主要作用于微环境。通过scRNA-seq分析骨髓免疫细胞组分，发现敲除组中PMN-MDSCs的比例从37.11%显著升高至40.03%。拟时序分析表明PMN-MDSCs主要由中性粒细胞转化而来，且来自敲除组的细胞在最具免疫抑制功能的“State 3”中占绝大多数。体外共培养证实鸟氨酸和精胺直接诱导PMN-MDSCs扩增并上调PMN-MDSCs中ARG2和SAT1的表达。7.3 靶向精氨酸代谢有效抑制骨转移 CB-1158和DFMO对TNBC细胞均无直接细胞毒性，但能显著降低共培养体系中PMN-MDSCs的比例。在体内模型中，单药治疗显著减少骨转移发生率和肿瘤负荷，联合用药效果最佳且呈叠加效应而非协同效应。安全性评估显示两组药物对肝肾功能、血常规均无显著影响，组织病理学检查未见器官损伤。临床预后分析表明，低ARID1A表达且同时高表达ARG2和ODC1的TNBC患者预后最差，进一步确认了该通路的临床相关性。八、研究创新性 首次揭示ARID1A缺陷与精氨酸代谢之间的交叉对话：在此之前，ARID1A的代谢调控研究主要集中在糖酵解和脂质代谢，本文首次将ARID1A与精氨酸代谢通路关联，拓展了染色质重塑因子在代谢调控中作用的认识。 构建了一条完整的“染色质重塑→代谢重编程→免疫重塑→转移促进”级联通路：从ARID1A缺陷到染色质可及性改变，再到ARG2转录激活和代谢产物累积，最终到PMN-MDSCs扩增和骨转移，机制链条完整且逻辑严密。 明确揭示了代谢产物在骨转移中的“非细胞自主性”作用机制：鸟氨酸和精胺在骨转移中主要作用于微环境而非肿瘤细胞自身，这一发现颠覆了传统上从癌细胞“自我增益”角度理解代谢调控的思维定势。 提供了具有明确临床转化潜力的治疗策略：CB-1158已在晚期实体瘤的I/II期临床试验中展现出可接受的安全性和初步的免疫调节活性（NCT02903914；NCT03314935）；DFMO正在肿瘤学领域被积极“老药新用”（NCT06059118；NCT06892678；NCT03536728）。本文的发现为精准锁定获益人群提供了分子标志物。 多组学技术与多种动物模型的系统整合：从ctDNA临床队列到代谢组学、转录组学、单细胞转录组学到表观组学，再以心内注射、胫骨内注射和条件性敲除自发性肿瘤模型三重验证，形成了多维度、多层次的完整证据链。 补充进展：2025年，胡海团队的研究表明，临床乳腺癌患者血清精氨酸水平与肿瘤进展呈显著正相关，且该促癌效应严格依赖于完整免疫系统的存在。这一发现与本研究成果互为印证，进一步强化了精氨酸代谢→免疫微环境→肿瘤进展这一轴心的科学价值。此外，2025年的一项研究也揭示，癌症细胞可通过“精氨酸→巨噬细胞→T细胞”的代谢互作链路驱动免疫逃逸，提示精氨酸代谢是肿瘤微环境中癌细胞与免疫细胞对话的关键桥梁。九、全文总结与未来研究展望9.1 全文总结 本研究系统揭示了一条全新的TNBC骨转移驱动路径：ARID1A缺陷导致染色质重塑异常，转录因子ARID3A被招募至ARG2增强子区域激活其转录，从而上调精氨酸代谢通路，促使鸟氨酸和精胺在肿瘤细胞中大量积累并释放入骨微环境。这些代谢产物进一步驱动骨髓中PMN-MDSCs的扩增，构建免疫抑制微环境，最终促进TNBC骨转移。靶向ARG2（CB-1158）和ODC1（DFMO）能够有效抑制这一过程，为ARID1A缺陷型TNBC骨转移的精准治疗提供了坚实的新策略。9.2 未来研究潜力与启示 联合靶向精氨酸代谢与免疫检查点抑制剂：PMN-MDSCs是免疫抑制的核心源头，靶向精氨酸代谢以清除PMN-MDSCs后，可能为PD-1/PD-L1抑制剂创造更有利的治疗窗口。 鸟氨酸和精胺作为液体活检标志物：本研究发现患者血清中这两种代谢物水平与骨转移发生率显著相关，未来可探索其在骨转移早期预警中的临床价值。 ARID1A突变检测进入骨转移风险评估体系：ARID1A突变在TNBC中约占7.1%，对这部分患者进行早期骨转移风险评估和预防性干预，有望实现真正的“分型精准治疗”。 探索ARID1A缺陷在其他癌种骨转移中的作用：ARID1A突变在子宫内膜癌、卵巢癌、肝癌等肿瘤中同样普遍存在。已有文献报道精氨酸代谢在前列腺癌骨转移中也参与构建免疫抑制微环境，提示本研究揭示的机制可能具有跨癌种的普适性。 CB-1158和DFMO的联合方案优化：本研究已证明两药联合在减少PMN-MDSCs方面呈现叠加效应，未来可进一步开展剂量优化研究，探索更低有效剂量下的药效学变化。 参考文献： Targeting arginine metabolism reverses bone immunosuppressive microenvironment and metastasis in ARID1A-deficient triple negative breast cancer

导读 肿瘤微环境中代谢物的耗竭或积累是癌症的标志之一，但针对癌症细胞代谢进行治疗时，也必须考虑对免疫细胞代谢通路的影响。随着对免疫代谢的理解不断深入，调节代谢的药物与免疫疗法之间出现了协同作用的机会。在本综述中，作者探讨了代谢通路在肿瘤和免疫细胞中塑造肿瘤微环境的关键作用。作者概述了主要的合成代谢和分解代谢通路，并探讨代谢调节剂和膳食营养素如何改善抗癌免疫反应并克服药物耐药机制。临床应用的药物包括腺苷和色氨酸通路抑制剂，作者还讨论了在免疫检查点阻断和嵌合抗原受体（CAR）-T细胞疗法背景下，成功药物开发的机会与挑战。 论文ID 原名：Metabolites as agents and targets for cancer immunotherapy 译名：代谢物作为癌症免疫治疗的靶点和治疗药物 期刊：Nature Reviews Drug Discovery IF：101.8 发表时间：2025.6 通讯作者：Sebastian Kobold 通讯作者单位：德国慕尼黑大学（LMU） DOI号: 10.1038/s41573-025-01227-z 主要内容 1 前言 在过去的一个世纪中，对天然代谢物的分离与研究取得了临床突破，例如抗生素在治疗传染病以及化疗药物作为抗癌剂的应用。1948年，叶酸代谢抑制剂成功用于治疗白血病患者，这引发了对靶向肿瘤代谢的研究兴趣。沿着相同思路，靶向核苷代谢的合成化合物也已成为强大的化疗药物。然而，尽管这些药物旨在靶向癌细胞，但它们会损害免疫细胞，从而降低其治疗效果。这一问题凸显了靶向代谢通路的复杂性，以及需要区分影响癌细胞和影响免疫细胞的代谢通路。 代谢是维持细胞功能所需分子降解（分解代谢）与生成（合成代谢）之间的一种精妙平衡。在癌症背景下，肿瘤细胞增殖的增加不可避免地会放大能量消耗，扰乱局部甚至全身代谢物的平衡。这种失衡为免疫细胞功能和治疗干预创造了一个日益严峻的环境。更复杂的是，肿瘤不仅消耗更多能量，还常常重塑其代谢过程，最著名的是在有氧条件下增加乳酸的糖酵解生成——这一机制被称为瓦博格效应。然而，糖酵解增加只是众多与癌症相关的代谢改变之一，还包括氨基酸和脂肪酸利用的增加，以及肿瘤代谢物（如2-羟基戊二酸）的分泌。肿瘤细胞的增殖倾向于耗尽微环境中的必需营养物质，并导致包括乳酸在内的代谢废物积累。与此同时，免疫细胞，特别是活化的T细胞，会经历代谢重编程，从而实现其增殖、细胞因子产生和获得效应功能（框1）。肿瘤细胞与免疫细胞之间的代谢竞争可能导致T细胞耗竭和肿瘤的免疫逃逸。在免疫疗法兴起之前，已开发出大量调节代谢的药物以靶向肿瘤细胞，但很少考虑其对免疫细胞的影响，这可能限制了其临床成功。此后，通过设计旨在扩大和增强癌症免疫疗法效果的代谢干预措施，已实现了更有利的免疫调节效果。 框1|T细胞代谢 T细胞是抗肿瘤免疫应答的关键组成部分，而恢复T细胞活性是大多数临床癌症免疫疗法的主要作用机制。T细胞与B细胞共同构成适应性免疫系统，该系统在抗原接触后以细胞增殖和记忆形成为特征。T细胞功能与代谢密切相关，因此代谢改变决定了T细胞的表型。离开胸腺后，初始T细胞具有静息状态、低代谢表型。T细胞受体（TCR）激活后数分钟内，初始T细胞会上调代谢需求并切换至糖酵解表型。这一切换通过抑制参与线粒体丙酮酸利用的酶（丙酮酸脱氢酶）及上调葡萄糖转运蛋白（如GLUT1）实现。 通过CD28对T细胞的共刺激进一步促进糖酵解，通过磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）-蛋白激酶B（AKT）-雷帕霉素靶向蛋白复合物1（mTORC1）信号通路。然而，T细胞不仅上调糖酵解，还通过上调谷氨酰胺转运蛋白及氨基酸转运蛋白SLC28A1和SLC28A2增强谷氨酰胺利用。多种其他转运蛋白，包括甲硫氨酸转运蛋白SLC7A5和乳酸外排转运蛋白SLC16，在T细胞激活时均被上调。T细胞还增加核苷酸和核糖体的合成以促进细胞增殖。 虽然糖酵解转换是早期代谢适应的重要机制，但T细胞还能通过转录因子MYC促进线粒体生物发生，从而提高其耗氧率。值得注意的是，线粒体在T细胞分化过程中通过融合和分裂进行动态调控，并且是细胞溶解功能所必需的。 T细胞包括细胞毒性CD8+细胞和几种CD4+辅助T细胞亚群。尽管这些亚群在中心代谢模式上似乎存在共同点，但已描述了一些差异。此外，已知T细胞代谢在许多组织和癌症特异性方面存在改变。例如，调节性T细胞（Treg细胞，一种免疫抑制性CD4+ T细胞亚群）通过上调脂肪酸受体和转运蛋白CD36来适应富含乳酸的肿瘤微环境。在抗原依赖性激活后，一小部分T细胞会转化为长寿记忆T细胞，从而在再感染时能更快地作出反应。记忆T细胞重新编程其代谢表型，转向增加线粒体依赖性、上调脂肪酸合成和氧化。通过2-脱氧葡萄糖抑制糖酵解，或通过肉碱棕榈酰转移酶1过表达强制脂质代谢，可增强CD8+记忆T细胞的生成。这些效应突显了代谢在T细胞记忆形成中的核心作用。T细胞耗竭通过反复抗原暴露导致T细胞功能减弱，从而限制抗肿瘤免疫力。这导致葡萄糖摄取减少和线粒体功能障碍，此外代谢压力可引发或加速T细胞耗竭。重要的是，T细胞代谢与功能通过表观遗传调控紧密相连。 在本综述中，作者探讨了代谢物及其代谢途径抑制剂的治疗开发进展，同时着重分析改善癌症免疫监视机制的研究尝试。作者特别关注氨基酸、糖酵解、核苷酸和氧化磷酸化（OXPHOS）等代谢途径，以及与营养相关的微生物代谢物。本文系统阐述了特定代谢物的生成与降解途径，及其对癌症和免疫系统的影响。随后，作者提出促进或抑制这些代谢途径的治疗策略，重点强调其对肿瘤细胞的免疫相关效应——因为肿瘤细胞的直接影响已在其他文献中得到充分论述。 代谢干预领域近年来遭遇了重大挫折，其中最突出的例子便是吲哚胺2,3-二氧合酶1（IDO1）抑制剂在临床试验中遭遇的惨败。然而，近期的一些前临床和早期临床研究表明，细胞代谢为改善免疫疗法提供了有前景的靶点。 2 氨基酸代谢 氨基酸是蛋白质的基本组成单位，这些代谢物之间的代谢竞争是肿瘤中重要的抑制机制。此外，许多非蛋白质氨基酸衍生物具有强大的信号传导和调节作用；例如，色氨酸或2-羟基戊二酸。 2.1 色氨酸和犬尿氨酸 作为生物活性衍生物褪黑素和血清素的前体，色氨酸是含量最少的必需氨基酸，与健康和疾病的多个方面密切相关。色氨酸的代谢始于其通过三种酶之一转化为N-甲酰基色氨酸（NFK）：色氨酸-2,3-二氧合酶（TDO）、IDO1或IDO2（图1）。NFK通过色氨酸甲酰基转移酶代谢为色氨酸，随后被四种色氨酸氨基转移酶进一步降解为色氨酸酸，后者是多种炎症性和神经退行性疾病的生物标志物。在癌症中，几项随机试验显示，III期患者接受预防性树突状细胞疫苗治疗时，血清色氨酸代谢物与不良预后相关。重要的是，色氨酸耗竭和通过IDO1介导的色氨酸代谢物积累已被确认为促进肿瘤微环境（TME）免疫抑制的关键因素。IDO1由抗原呈递细胞（树突状细胞和巨噬细胞）以及肿瘤细胞表达，并与多种实体瘤的不良预后相关。在关键机制中，色氨酸代谢产物色氨酸通过芳香烃受体（AHR）激活，进而诱导调节性T细胞（Treg细胞）分化及髓系来源抑制性细胞（MDSCs）向肿瘤浸润。类似地，人类脑肿瘤中TDO表达与色氨酸代谢产物生成、AHR激活及不良预后进展相关。CD8+ T细胞通过溶质载体家族7成员8（SLC7A8）和SLC36A4（PAT4）摄取色氨酸，导致AHR依赖性免疫检查点受体程序性细胞死亡蛋白1（PD1）的上调，这可能解释了为何TDO抑制与PD1阻断在小鼠癌症模型中具有协同作用。有趣的是，持续的IL-2暴露会在T细胞中诱导另一种色氨酸降解酶——色氨酸羟化酶，导致5-羟色氨酸积累，进而激活AHR并引起T细胞耗竭。 图1|靶向氨基酸代谢以改善癌症免疫治疗。肿瘤细胞（左）和免疫细胞（右）中参与氨基酸代谢的途径。肿瘤细胞通过一系列酶将色氨酸代谢为犬尿酸，后者激活芳香烃受体（AHR）以促进免疫抑制。肿瘤细胞还大量消耗谷氨酰胺以驱动三羧酸循环（TCA循环），因此谷氨酰胺转运蛋白是干预的潜在靶点。谷氨酰胺衍生物α-酮戊二酸具有多种促进肿瘤细胞增殖的作用，同时也会影响髓系细胞和T细胞的表观遗传调控。α-酮戊二酸还可被突变的异柠檬酸脱氢酶1（mIDH1）代谢为R(−)-2-羟基戊二酸（R-2-HG），抑制T细胞功能。肿瘤微环境中精氨酸的耗竭对T细胞功能有不利影响，可通过ARG1精氨酸酶抑制剂来对抗。治疗干预措施以红色方框标出。DC，树突状细胞；GAD1，谷氨酸脱羧酶1；GLS1，谷氨酰胺酶1；IDO，吲哚胺氧化酶；I3P，吲哚-3-丙酮酸；IL4I1，IL-4诱导的1；KF，色氨酸甲酰胺酶； MDSC，髓系来源抑制细胞；mTORi，雷帕霉素靶蛋白抑制剂；NFK，N-甲酰色氨酸；TDO，色氨酸-2,3-二氧合酶；TPH1，色氨酸5-羟化酶1；Treg细胞，调节性T细胞。 IDO1抑制已被发现可增强与化疗和放疗联合使用的抗肿瘤反应，在小鼠模型和犬类恶性肿瘤中均有报道。类似地，IDO1敲除或IDO1抑制剂与抗细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA4）免疫检查点阻断（ICB）在B16小鼠黑色素瘤模型中具有协同作用。基于IDO1抑制在前临床模型中的疗效，包括Epacadostat、BMS-986205和navoximod在内的IDO1抑制剂被开发出来，并在临床试验中显示出可接受的安全性特征。Epacadostat在与PD-1抑制剂派姆单抗联合使用的I/II期黑色素瘤试验中显示出令人鼓舞的客观缓解率。然而，IDO1抑制剂的热情因一项III期试验的令人失望结果而破灭，该试验评估了Epacadostat与派姆单抗联合用于晚期不可切除黑色素瘤患者的疗效。添加Epacadostat并未改善相较于单用派姆单抗的生存率，导致两项针对非小细胞肺癌（NSCLC）（NCT03417037）及头颈癌患者的BMS-986205大型III期试验提前终止（NCT03386838；表1和补充表1）。类似地，一项近期完成的III期试验，评估epacadostat联合pembrolizumab治疗转移性肾细胞癌（RCC）的疗效，结果显示添加epacadostat并无获益（NCT03260894）。一项针对转移性头颈部鳞状细胞癌的类似试验暗示了轻微的潜在获益（NCT03358472）。总体而言，IDO1抑制剂的开发因这些具有误导性的临床数据而受到严重影响。 关于epacadostat失败的多种假设已被提出，包括未根据IDO1表达或免疫浸润对患者进行分层，以及由于选择低剂量以避免肝毒性而导致的IDO1抑制效果不佳。事实上，在epacadostat治疗肉瘤患者的II期临床试验中，血液中色氨酸代谢产物——作为IDO1抑制剂活性潜在生物标志物的色氨酸代谢产物——并未降低，这支持了抑制剂剂量不足的观点。改进的制剂策略可能提供更好的肿瘤靶向性，从而改善IDO1抑制剂的安全性。近期研究还揭示了IDO1抑制的潜在耐药机制。IDO1抑制的癌细胞分泌的NAD+可能促进细胞外NAD+转化为腺苷，通过A2A和A2B腺苷受体抑制T细胞。因此，将IDO1抑制与腺苷受体抑制剂（如SCH58261或PSB1115）联合使用，可在卵巢癌模型中改善抗肿瘤免疫反应。值得注意的是，通过IDO1导致的色氨酸耗竭会在黑色素瘤癌细胞中引起核糖体移码，从而呈现免疫原性肽并引发免疫识别。因此，IDO1抑制可能无意中降低肿瘤细胞的免疫原性，促进肿瘤进展。有趣的是，丝氨酸耗竭通过线粒体功能障碍和随后激活环鸟苷酸-鸟苷酸合成酶（cGAS）及干扰素基因刺激因子（STING）同样诱导免疫激活。相反，色氨酸耗竭抑制抗肿瘤炎症性树突状细胞的分化，暗示IDO1抑制剂可增强抗原呈递。因此，IDO1抑制剂耐药性在多大程度上可归因于肿瘤相关抗原呈递缺陷仍不明确。  另一种可能解释IDO1耐药性的假说基于其他色氨酸降解酶（TDO和IDO2）对IDO1抑制的补偿作用。这将有利于开发双重IDO1-IDO2抑制剂（例如AT-0174）或将IDO1抑制剂与TDO抑制剂（例如LM10）相结合。 此外，AHR活性与l-氨基氧化酶IL-4诱导的1（IL4I1）的表达密切相关，而非与IDO1和TDO的表达相关。IL4I1将色氨酸转化为吲哚-3-醛（I3A）和吲哚-3-丙酮酸（I3P），这两种物质即使在IDO1抑制的背景下也能激活AHR42。IL4I1是色氨酸代谢中一个令人兴奋的新参与者，与通过未成熟B细胞、肿瘤相关巨噬细胞以及抑制癌症细胞中的铁死亡介导的免疫抑制有关。可以推测，但仍需进一步证实，对潜在耐药机制的系统性研究、更复杂的剂量探索研究、优化制剂以及谨慎的患者分层，可能避免了III期临床试验因IDO1抑制剂临床开发失败而告终的惨剧。  Indoximod（d-1-甲基色氨酸）作用于色氨酸代谢通路，但并非通过直接抑制IDO1，而是通过缓解色氨酸耗竭对免疫细胞中雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号传导的有害影响。Indoximod已在多个I期和II期临床试验中进行测试，被证实安全，并在黑色素瘤、成人和儿童脑癌以及前列腺癌中显示出早期疗效迹象，尽管在乳腺癌中未显示出益处。Indoximod的临床开发目前聚焦于儿童脑癌（NCT04049669，NCT05106296）。另一种药物，一种聚乙二醇化色氨酸酶，通过靶向色氨酸来改善肿瘤淋巴细胞浸润，从而提高小鼠同种异体模型中检查点抑制的疗效。因此，正在进行的临床前和临床研究应导致更多靶向色氨酸-色氨酸轴的药物。 2.2 谷氨酰胺和α-酮戊二酸 与色氨酸不同，谷氨酰胺并非必需氨基酸。然而，谷氨酰胺代谢为癌细胞增殖提供能量并调节其过程。癌细胞对谷氨酰胺的需求量很高，部分原因在于MYC基因扩增驱动的谷氨酰胺转运蛋白上调。在细胞内，谷氨酰胺通过谷氨酰胺酶转化为谷氨酸，随后代谢为α-酮戊二酸（αKG），为线粒体内的三羧酸循环（TCA循环，又称柠檬酸循环）提供能量（图1）。αKG为TCA循环提供能量的过程（补给作用）使其他代谢物能够从该循环中移除（排泄作用），这些代谢物随后可用于合成代谢反应。这些代谢物包括柠檬酸，其通过还原性羧化作用生成脂肪酸。谷氨酰胺还通过谷胱甘肽合成作用对抗活性氧（ROS）。有趣的是，αKG可通过表观遗传重编程增加脂肪酸氧化并促进免疫抑制性M2巨噬细胞的分化。相反，αKG最近被发现与程序性细胞死亡1配体1（PDL1）的表达及对抗PD1疗法的敏感性相关。谷氨酰胺缺乏有利于调节性T细胞（Treg）分化，而αKG可抑制Treg分化、降低Treg转录因子FOXP3的表达，并促进T细胞的促炎表型。αKG对T细胞和巨噬细胞的相反作用表明，仅研究代谢干预对单一细胞类型的影响无法预测其对抗肿瘤免疫的总体效果。 鉴于谷氨酰胺在癌细胞增殖中的重要性，靶向谷氨酰胺酶已成为备受关注的治疗策略。谷氨酰胺酶抑制会扰乱谷氨酸代谢通路，导致合成生物学和氧化还原平衡所需的关键代谢物产量下降，最终抑制肿瘤生长和存活能力。例如，通过6-二氮-5-氧代-L-诺莱氨酸（DON）或其前药JHU083抑制谷氨酰胺酶，可导致肿瘤缩小、T细胞功能改善以及髓源性抑制细胞（MDSCs）活性降低（图1）。同样，DON在体外嵌合抗原受体（CAR）-T细胞生产过程中显示出积极作用，通过增加中央记忆细胞的比例。 前药JHU083需要在肿瘤微环境（TME）中进行酶切，这限制了DON观察到的胃肠道毒性，且JHU083在小鼠模型中与免疫检查点抑制剂（ICB）具有协同作用。然而，目前尚未有JHU083的临床试验注册。DRP-104（sirpiglenastat）是另一种DON前药，已在晚期实体瘤患者中开展了I期临床试验，但尚未报告结果（NCT04471415）。DRP-104目前正在对对抗PD-L1治疗耐药的纤维板层细胞癌患者进行评估。IPN60090是一种结构上无关的口服谷氨酰胺酶1（GLS1）抑制剂，显示出良好的安全性，并显著降低外周血单核细胞（PBMCs）中谷氨酸与谷氨酰胺的比值。IPN60090正在与贝伐珠单抗和紫杉醇联合用于晚期实体瘤的I期临床试验中进行测试（NCT05039801）。 CB-839（telaglenastat）是目前临床开发中最先进的谷氨酰胺酶抑制剂。在与免疫检查点抑制剂联合使用时，CB-839在共培养系统和免疫功能正常的黑色素瘤模型中改善了抗肿瘤免疫反应。这归因于其在肿瘤细胞中对α-酮戊二酸（αKG）生产的抑制作用比在T淋巴细胞中更强。在携带KRAS突变肺癌的免疫功能正常小鼠中，谷氨酰胺酶在肿瘤中局部上调，但CB-839与PD-1检查点阻断联合使用会抑制T细胞活化和克隆扩增。因此，剥夺肿瘤细胞的谷氨酰胺必须与谷氨酰胺酶抑制对免疫细胞的潜在负面影响谨慎平衡。此外，小鼠肿瘤对谷氨酰胺的依赖性在体外和体内研究中存在显著差异。CB-839与VEGFR2/MET/AXL抑制剂卡博替尼联合使用时，并未改善转移性透明细胞肾细胞癌患者的无进展生存期。遗憾的是，该试验未通过测量血浆谷氨酰胺水平评估谷氨酰胺酶活性。另一项研究CB-839与尼沃卢单抗联合用于黑色素瘤、透明细胞肾细胞癌和非小细胞肺癌的临床试验因缺乏疗效而终止（NCT02771626）。肺癌中约20%的病例会发生KEAP1缺失，这会增加氧化应激响应转录因子NRF2的活性，进而导致癌细胞对谷氨酰胺代谢的依赖性。然而，一项评估PDL1阻断与CB-839联合治疗KEAP1或NRF2突变NSCLC患者的临床试验因疗效不足而终止（NCT04265534），这使得这些NSCLC患者对谷氨酰胺的依赖性受到质疑。 谷氨酰胺代谢与mTOR激活密切相关，因为氨基酸亮氨酸可激活谷氨酸脱氢酶，进而促进α-酮戊二酸（αKG）介导的mTOR激活（图1）。这一关联为靶向肿瘤微环境（TME）提供了另一种策略。相应地，一项随机双盲Ⅱ期临床试验纳入了晚期肾细胞癌（RCC）患者，结果显示CB-839与mTOR抑制剂依维莫司联合使用时耐受性良好，并改善了无进展生存期。CB-839 还正在与另一种 mTOR 抑制剂（sapanisertib）联合用于晚期非小细胞肺癌（NSCLC）的临床研究（NCT04250545）。该试验将通过谷氨酰胺和脱氧葡萄糖基质的正电子发射断层扫描（PET）示踪剂测量 CB-839 的代谢反应。 利用代谢物基PET示踪剂定量靶点抑制及免疫激活，为多种免疫治疗干预提供了令人兴奋的新视角。综上所述，尽管已开发出多种谷氨酰胺酶抑制剂，但尚未观察到与免疫检查点抑制剂（ICB）联合使用的临床疗效。然而，严格的患者选择及新型联合方案有望提供具有临床疗效的治疗策略。 靶向谷氨酰胺转运蛋白，包括SLC7A11、SLC1A5、SLC6A14和SLC38A1/2，是另一种从肿瘤细胞中耗竭谷氨酰胺的策略（图1）。由于氨基酸代谢影响细胞对铁死亡的敏感性，抑制谷氨酰胺转运蛋白可增强细胞对铁死亡的诱导敏感性。然而，抑制谷氨酰胺转运蛋白也可能损害依赖谷氨酰胺代谢的T细胞的增殖和分化，从而可能削弱抗肿瘤免疫力。类似地，SLC38A2的缺失会损害常规1型树突状细胞的功能及体内抗肿瘤免疫力。然而，V-9302，一种SLC1A5的小分子抑制剂，在MC38同基因结直肠癌（CRC）模型中减少肿瘤生长，同时降低T细胞浸润并促进M2巨噬细胞极化。同样，V-9302在三阴性乳腺癌小鼠模型中具有强大的抗肿瘤作用，其中它改善了CD4+ T细胞和颗粒酶B+ CD8+ T细胞的效应功能。体外研究显示，V-9302的应用可促进T细胞记忆分化并维持谷胱甘肽合成。这一效应被归因于T细胞特异性上调SLC6A14，通过补偿SLC1A5抑制导致的谷氨酰胺缺乏不良影响。然而，V-9302的特异性存在争议，因一项研究未发现其声称的SLC1A5特异性证据，但证实了对SLC7A5和SLC38A2的抑制作用。开发针对不同谷氨酰胺转运蛋白的真正特异性抑制剂并提高其活性，可能是未来临床应用的必要条件。 2.3 戊二酸 异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）、IDH2和IDH3在三羧酸循环、脂质合成及其他代谢过程中发挥着关键作用。编码IDH1的基因突变存在于人类胶质瘤（包括星形细胞瘤或少突胶质瘤）的大部分亚型中，以及急性髓系白血病（AML）、软骨肉瘤和胆管癌中。 这些突变导致肿瘤代谢物R(−)-2-羟基戊二酸（R-2-HG）从α-酮戊二酸（αKG）异常产生（图1）。肿瘤来源的R-2-HG通过转运蛋白SLC13A3进入T细胞，在那里它抑制乳酸脱氢酶（LDH），阻碍核因子激活的T细胞（NFAT）的信号传导，并导致细胞毒性降低和干扰素-γ（IFNγ）分泌减少。R-2-HG还抑制参与组蛋白去甲基化的多种蛋白质，并促进树突状细胞和急性髓系白血病（AML）细胞的乳酸分泌。总体而言，R-2-HG抑制T细胞并从而抑制抗肿瘤免疫反应。 鉴于R-2-HG的免疫抑制作用，已开发出多种IDH1抑制剂。口服给药的IDH1抑制剂BAY1436032，其特异性针对突变型IDH1（mIDH1），在小鼠同种异体肿瘤模型中与PD-1阻断剂产生协同作用。类似地，mIDH1抑制可恢复T细胞功能，并与CTLA4阻断在胆管癌小鼠模型中产生协同作用。IDH1抑制剂随后进入临床阶段，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了首个mIDH1抑制剂ivosidenib用于治疗mIDH1-AML（图1）。mIDH1抑制剂与免疫检查点阻断抗体的联合用药正在胆管癌患者中进行临床试验（NCT05921760）。此外，在一项III期研究中，具有脑渗透性的IDH1和IDH2抑制剂vorasidenib改善了mIDH1 II级胶质瘤患者的无进展生存期。鉴于这些令人鼓舞的临床结果以及R-2-HG已知的免疫抑制作用，vorasidenib目前正在与pembrolizumab联合用于复发或进展的mIDH1胶质瘤患者的I期临床试验（NCT05484622）。在小鼠胶质瘤模型中，mIDH1抑制与放疗、替莫唑胺及PDL1阻断具有协同作用。 研究显示，mIDH1肿瘤中升高的R-2-HG水平会增加犬尿氨酸的生成，这表明两种重要的免疫抑制通路之间存在显著的相互作用。在小鼠实验中，IDH1基因突变会抑制髓系分化，而通过药物抑制AHR可缓解这一现象。这些结果表明，mIDH1肿瘤患者可能受益于AHR阻断治疗。 有趣的是，在缺氧条件下，活化的T细胞胞内可产生高达毫摩尔浓度的R-2-羟基戊二酸对映体S(+)-2-HG（图1）。该对映体通过影响组蛋白/DNA去甲基化过程及HIF1α稳定性，在抑制T细胞体外效应功能与增殖的同时，能维持T细胞记忆特征。在体外将抗原特异性T细胞暴露于S-2-HG后，过继转移至小鼠体内可增强其持久存活能力，并显著提升对淋巴瘤的抗肿瘤效果。  戊二酸衍生物二乙基戊二酸(DEG)被证实可在不影响细胞增殖的前提下维持T细胞记忆标志物，并在小鼠肿瘤模型中增强抗肿瘤免疫（图1）。DEG通过竞争性抑制多种依赖αKG的表观遗传修饰酶，并通过对PDH E2亚基进行戊二酰化修饰来改变T细胞代谢。 总体来看，这些发现揭示了戊二酸及其衍生物调控T细胞分化的分子机制，为免疫治疗策略开发提供了新方向。 2.4 精氨酸 精氨酸是一种半必需蛋白质合成氨基酸，作为多种代谢物的前体，包括瓜氨酸、肌酸、谷氨酸、鸟氨酸和尿素。在肿瘤中，精氨酸被免疫抑制性巨噬细胞亚群（M2）和髓源性抑制细胞表达的精氨酸酶1代谢为多胺。肿瘤微环境中精氨酸的耗竭会抑制T细胞功能。髓源性抑制细胞表达一氧化氮合酶，可将精氨酸转化为具有免疫抑制作用的一氧化氮。相应地，在小鼠模型中口服补充精氨酸可通过抑制髓源性抑制细胞来增强抗肿瘤免疫力。 近期一项I期试验中，口服精氨酸酶抑制剂INCB001158曾用于晚期实体瘤患者。单药治疗时INCB001158耐受性良好，并能诱导血浆精氨酸水平呈剂量依赖性升高，但未能影响T细胞向肿瘤的浸润。该药也曾与抗PD1抗体联用于实体瘤患者，虽未出现剂量限制性毒性，但未观察到临床活性。 为开发更有效的精氨酸酶抑制剂，新化合物OATD-02被设计具有更长半衰期，并能同时抑制细胞外ARG1与细胞内ARG2。OATD-02在小鼠肿瘤模型中显示疗效，目前正在针对晚期转移性癌症患者开展首次人体试验（NCT05759923）。这项临床研究对于初步验证双重抑制ARG1/ARG2是否比INCB001158单纯抑制ARG1更有效具有重要意义。 2.5 非蛋白氨基酸和氨基酸衍生物可产生多种非蛋白氨基酸 人体内源性合成的多种非蛋白质氨基酸对免疫细胞具有重要调控作用。例如，牛磺酸这种非蛋白质氨基酸不仅能促进老年小鼠T细胞增殖，还能调节T细胞活化引发的细胞死亡过程。研究显示，牛磺酸可增强T细胞氧化磷酸化（OXPHOS）活性，并在PD-1受体阻断的小鼠模型中显著提升抗肿瘤反应。耐人寻味的是，癌细胞通过上调牛磺酸转运蛋白SLC6A6的表达，成功抢占了T细胞消耗牛磺酸的资源。当牛磺酸被大量消耗时，由于STAT3和ATF4等转录因子的激活，会导致T细胞功能衰竭。 氨基酸可以作为具有强大信号作用的分子的中间体，例如神经递质。神经递质γ-氨基丁酸（GABA）是大脑和胰岛中的一种细胞外信号分子。异常过表达谷氨酸脱羧酶1（GAD1）的癌细胞会重新调整谷氨酰胺代谢，以在神经系统外合成GABA。GABA激活代谢型GABAB受体（GABABR），导致甘油醛-3-磷酸脱氢酶3β（GSK3β）活性抑制、β-catenin信号传导增强及肿瘤细胞增殖，同时抑制肿瘤浸润性CD8+ T细胞。在小鼠肿瘤模型中靶向GAD1或GABAB可克服PD1阻断的耐药性，而在患者中，肿瘤内GABA水平升高预示不良预后。B细胞特异性失活GABA生成酶GAD67可增强抗肿瘤反应。综上所述，这些发现表明GABA在肿瘤微环境（TME）中具有免疫抑制作用。值得注意的是，GABAB受体拮抗剂2-OH-saclofen与GAD1抑制剂3-巯基丙酸（3-MPA）在同基因小鼠肿瘤模型中与PD-1阻断协同作用。类似地，作为GABAAR内源性变构激活剂的酰基辅酶A结合蛋白被中和后，与PD1靶向免疫疗法或化免疫疗法产生协同效应，为治疗提供了新的潜在策略。 血清素（5-羟色胺）是一种由色氨酸合成的神经递质，具有促肿瘤和促炎作用。外周血清素主要由肠嗜铬细胞中的色氨酸5-羟化酶1（TPH1）合成，随后被血小板摄取并在凝血部位释放。值得注意的是，肿瘤内血清素水平与CD8+ T细胞浸润呈负相关，且血清素通过蛋白质血清素化作用导致PDL1表达增加。口服氟西汀（阻断血清素转运体（SERT）介导的血小板血清素摄取）可在同基因模型中抑制肿瘤生长。此外，氟西汀和临床批准的TPH1抑制剂telotristat-ethyl可降低血清5-羟色胺水平，并在小鼠肿瘤模型中与PD1阻断协同作用。然而，仅凭氟西汀的抗癌作用由SERT抑制介导的结论可能为时过早，因为氟西汀也被报道可抑制鞘磷脂代谢和表皮生长因子受体信号传导。在一项计划中的临床试验中，氟西汀将被用于结直肠癌患者，在手术前每天服用10天，以调查其是否能改变免疫细胞组成（NCT06225011）。 表1|选定的代谢物和代谢干预临床试验。 注：本综述讨论的所有临床试验列表详见补充信息。AA2R：腺苷A2受体；AML：急性髓系白血病；DIPG：弥漫性脑桥内侧胶质瘤；ICB：免疫检查点阻断；IDO1：吲哚胺2,3-双加氧酶1；mIDH1：突变型异柠檬酸脱氢酶1；mTOR：雷帕霉素靶蛋白；NSCLC：非小细胞肺癌；OS：总生存期；PFS：无进展生存期；RCC：肾细胞癌；TDO：色氨酸-2,3-双加氧酶。 3 核苷类腺苷 除了作为DNA和RNA的组成单位外，核苷还具有能量储存和信号传导等重要功能，例如细胞外ATP的作用。在损伤、缺血或细胞死亡等条件下，细胞内的ATP会释放到细胞外空间，并可作为NLRP3炎症小体的激活剂，通过激活P2X和P2Y嘌呤受体（P2XR和P2YR）促进肿瘤细胞的生存和转移。ATP在肿瘤中积累，但会被膜结合型外核苷酸酶CD39和CD73（NT5E）迅速降解为腺苷，这些酶由肿瘤细胞和免疫细胞表达（图2）。 此外，当NAD+通过CD38和CD203a转化为AMP时，也会产生腺苷，随后AMP再由CD73转化为腺苷。腺苷作用于四种G蛋白偶联受体A1、A2A、A2B和A3。腺苷通过A2A和A2B受体促进肿瘤细胞增殖、转移和血管生成，这些受体表达于肿瘤细胞、内皮细胞和周细胞（图2）。此外，腺苷支持免疫抑制性M2巨噬细胞的极化并促进调节性T细胞（Treg）分化（图2）。腺苷还直接抑制效应T细胞和自然杀伤（NK）细胞的增殖、活化和细胞因子释放。A2A和A2B受体的表达是腺苷介导的肿瘤免疫抑制所必需的，而A2A和A2B抑制剂（如咖啡因）可改善肿瘤排斥反应。类似地，CD73基因敲除小鼠也表现出增强的免疫介导的肿瘤生长抑制和减少的转移。这些以及许多类似的发现鼓励了腺苷通路抑制剂的开发，以克服免疫抑制机制。 图2|靶向核苷代谢在抗肿瘤免疫中的作用。核苷代谢在肿瘤细胞和免疫细胞中均通过跨膜受体进行调节。最初，CD39受体将ATP代谢为AMP。此外，CD38和CD203a可将NAD+转化为AMP。随后，受体CD73将AMP转化为腺苷，通过与髓系细胞和T细胞上的A2A和A2B腺苷受体结合，从而抑制抗肿瘤免疫反应。CD39、CD73或A2A和A2B受体的抑制剂旨在阻止这些抑制作用。腺苷也可通过与CD26结合的腺苷脱氨酶ADA1转化为肌苷，这促进了T细胞记忆的形成。治疗干预措施以红色方框标出。IFNγ，干扰素-γ；Treg细胞，调节性T细胞。 腺苷通路可通过抑制CD39和CD73介导的腺苷生成，或阻断A2A和A2B受体来靶向作用（图2）。目前临床进展最显著的抗CD73药物是单克隆抗体奥克鲁单抗（MEDI9447）。奥克鲁单抗可在同基因小鼠肿瘤模型中增强髓系和淋巴系细胞的抗肿瘤效应，并与PD-1阻断剂产生协同作用。在临床试验中，奥克鲁单抗显示出可控的安全性特征，且与PD-L1阻断联合使用时，可改善不可切除III期NSCLC患者的无进展生存期（COAST临床试验）。基于这些有前景的结果，奥克鲁单抗目前正处于III期临床试验阶段（NCT05221840）。另一种CD73抑制剂是小分子药物quemliclustat（AB680）。其在体外及小鼠同基因肿瘤模型中显示出强效作用。在ARC-8 I期临床试验中，针对初治转移性胰腺腺癌患者，quemliclustat联合抗PD-1抗体及标准化疗方案显示出安全性和有前景的总生存期数据。 quemliclustat正在多个II期临床试验中进行测试，主要与抗PD-1抗体联合使用。它还与A2A-A2B受体拮抗剂etrumadenant联合抗PD-1抗体进行联合治疗（NCT04381832）。 其他CD73抑制剂，如BMS-986179、CPI-006和LY3475070，在早期临床试验中显示出可控的安全性特征，并正在进行进一步的临床试验。 与CD73抑制相比，CD39抑制的额外优势在于可导致细胞外ATP的积累，通过激活树突状细胞和巨噬细胞来增强抗肿瘤免疫力。尽管目前尚无临床阶段的小分子抑制剂可用，但针对CD39的几种抗体已进展至临床试验阶段（图2）。在首次试验中，CD39抗体SRF617和IPH5201在抑制肿瘤中CD39的剂量下耐受性良好，尽管另一项使用SRF617的试验被终止（NCT05177770）。IPH5201目前正在与抗PD-1阻断剂联合使用，用于非小细胞肺癌（NSCLC）的II期临床试验（NCT05742607）。 此外，CD39抗体TTX-030正在与抗PD-1抗体和化疗联合使用，用于转移性胰腺癌患者（NCT06119217）。这些试验对于评估CD39阻断与CD73或A2A–A2B抑制剂相比的益处，或潜在的联合使用益处至关重要。 CD39和CD73下游，多种A2A和A2B腺苷受体抑制剂已进行临床试验。口服选择性A2A–A2B受体抑制剂etrumadenant（AB928）在Ib/II期临床试验（ARC-9）中与PD-1抑制剂、抗VEGF抗体贝伐珠单抗及FOLFOX化疗方案联合应用，用于治疗转移性结直肠癌（mCRC）患者。初步报告显示，与第三线标准治疗方案（多激酶抑制剂雷戈拉非尼）相比，etrumadenant具有可控的毒性特征，并能改善mCRC患者的生存期。etrumadenant正在多个II期临床试验中进一步测试，尤其是在与PD-1抑制剂联合使用时。类似地，A2受体拮抗剂ciforadenant作为单药治疗在难治性肾细胞癌（RCC）患者中显示出安全性和疗效迹象。ciforadenant的靶向活性在患者外周血单核细胞（PBMCs）中得到证实，且在肿瘤活检样本中引起T细胞浸润增加及腺苷相关基因表达谱下调。基于其与检查点抑制剂的协同作用的临床前证据，ciforadenant正在与抗PD-1和抗CTLA-4抗体联合使用，在晚期RCC患者中进行I/IIa期试验。其他A2A和A2B抑制剂在早期临床试验中仅显示出低反应率，这些试验已被终止。例如，AZD4635与抗PD-1抗体和docetaxel（化疗）联合使用，而taminadenant（NIR178）则与抗PD-1抗体或CD73抑制剂NZV930联合使用（NCT03207867，NCT03549000）。作者认为，在肿瘤中对腺苷通路活性（包括CD73和CD39表达）的术前评估以及对靶向活性的评估，是未来腺苷通路抑制剂开发的关键。 鉴于腺苷对T细胞的免疫抑制作用，抑制腺苷通路也被探索用于提高CAR-T细胞的疗效。研究显示，通过etrumadenant抑制A2A和/或A2B受体，可在结肠癌小鼠模型中增强CAR-T细胞的疗效。另一项前临床研究发现，腺苷脱氨酶的过表达（导致腺苷降解为肌苷）比CD39、CD73或A2基因敲除更能改善CAR-T细胞功能。研究人员将此归因于肌苷的作用，肌苷通过代谢和表观遗传重编程增强CAR-T细胞的体外扩增和疗效（图2）。值得注意的是，次黄嘌呤可能由肠道细菌产生，而这些细菌的丰度与免疫检查点抑制剂（ICB）反应相关。口服次黄嘌呤补充剂可改善小鼠的ICB反应，这一效果依赖于T细胞表达A2A和A2B受体以及干扰素γ（IFNγ）（图2）。另一项研究显示，可注射的聚乙二醇化重组腺苷脱氨酶在同基因小鼠肿瘤模型中有效，并与PD-1阻断显示协同作用。这些结果应鼓励进一步努力，以治疗性靶向腺苷介导的免疫抑制。 4 糖酵解和氧化磷酸化 4.1 糖酵解 糖酵解是一个多步骤过程，将葡萄糖转化为丙酮酸（图3），并每分子葡萄糖产生两分子ATP。它为线粒体的氧化磷酸化（OXPHOS）提供能量，并为核苷酸和氨基酸的生物合成提供必需的构建块。葡萄糖摄取增加是肿瘤细胞的特征，并被用于通过[18F]氟脱氧葡萄糖PET成像肿瘤。恶性细胞对葡萄糖利用的增强可能导致肿瘤微环境（TME）中葡萄糖缺乏。这反过来会导致T细胞中葡萄糖代谢物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的缺乏，从而削弱其维持Ca2+–NFAT信号传导的作用。通过过表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶1（PCK1）增强PEP生产，可提升T细胞效应功能并抑制肿瘤进展（图3）。类似地，葡萄糖转运蛋白GLUT1的缺失会抑制效应T细胞的分化，但不影响调节性T细胞（Treg细胞）的扩增，后者是TME中重要的免疫抑制细胞。另一项研究证实，T细胞与肿瘤细胞在TME中竞争葡萄糖，而阻断PDL1信号传导可降低mTOR活性并减少肿瘤细胞的葡萄糖利用。然而，也有报道指出，T细胞的葡萄糖代谢受限于TME中谷氨酰胺而非葡萄糖的缺乏。有趣的是，在同基因小鼠结直肠肿瘤模型中，髓系细胞在葡萄糖摄取中发挥主要作用。在此模型中，谷氨酰胺转运抑制剂V-9302可减少肿瘤体积，但以牺牲T细胞浸润和M2巨噬细胞极化为代价。 图3|通过糖酵解和线粒体呼吸的代谢干预来改善抗肿瘤免疫。细胞质中的糖酵解途径和免疫细胞线粒体中的三羧酸循环（TCA循环）提供了多个治疗干预点。抑制糖酵解途径中的己糖激酶1（HK1）可在体外促进T细胞记忆。乳酸具有抑制活化细胞核因子（NFAT）和细胞因子分泌等有害作用，而抑制乳酸脱氢酶A（LDHA）可减少乳酸生成。乳酸分泌也可通过靶向其转运蛋白单羧酸转运蛋白1（MCT1）和MCT4来阻断。在线粒体内，乙酰辅酶A和TCA循环中的酶可通过治疗手段阻断。三羧酸循环中间产物琥珀酸对核内的缺氧诱导因子1α（HIF1α）有影响，促进巨噬细胞中白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）的产生。另一方面，乙酰辅酶A通过增强组蛋白乙酰化促进T细胞记忆。治疗干预措施以红色方框标出。2-DG，2-脱氧葡萄糖；OGDC，2-氧戊二酸脱氢酶复合物；PCK1，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶1；MPC1，线粒体丙酮酸载体1；PC，丙酮酸羧化酶；PDH，丙酮酸脱氢酶；PHGDH，3-磷酸甘油酸脱氢酶；GLUT1，葡萄糖转运蛋白1。 鉴于肿瘤细胞高度糖酵解的表型，已通过临床试验测试了使用己糖激酶抑制剂2-脱氧葡萄糖（2-DG）抑制糖酵解与化疗联合治疗的效果，尽管成效有限。葡萄糖转运蛋白GLUT1–4的抑制剂也已开发出来。这些抑制剂在体外和免疫缺陷小鼠模型中均能抑制肿瘤生长。然而，重要的是，GLUT1和GLUT2抑制剂以及2-DG会抑制T细胞的活化，这再次说明了靶向肿瘤代谢如何限制免疫细胞的活性。因此，这些抑制剂目前正被评估用于自身免疫性疾病而非癌症。相反，在扩增的CAR-T细胞培养中，葡萄糖限制或糖酵解抑制可富集记忆T细胞、维持效应功能并减少耗竭。对CAR-T细胞的类似效应也见于PI3K–AKT–mTOR信号通路抑制剂（该通路连接细胞增殖与代谢），进一步凸显了代谢、生长与T细胞分化之间的复杂相互作用。在体外扩增细胞治疗产品时调节代谢，为体外使用在体内过于毒性的代谢调节剂提供了令人兴奋的新机遇。 4.2 乳酸酯 1925年，Otto Warburg描述了这样一种现象：与正常细胞不同，癌细胞即使在常氧条件下培养，也会积累乳酸。这一“沃伯格效应”（Warburg effect）已在多种疾病、模型和患者中得到广泛证。肿瘤细胞通过过度有氧糖酵解产生高水平的乳酸，同时也通过三羧酸循环（TCA循环）中间产物介导的谷氨酰胺分解产生乳酸。活化的T细胞同样具有增强的有氧糖酵解和乳酸生成，这些过程对干扰素γ（IFNγ）的产生至关重要。除乳酸诱导的酸中毒的有害影响外，中性pH值的乳酸水平升高可通过下调NFAT和减少关键效应蛋白（如IFNγ）的表达，抑制细胞毒性T细胞和自然杀伤细胞的效应功能（图3）。调节性T细胞（Treg细胞）耐受高乳酸水平，并实际上将其作为肿瘤微环境（TME）中的能量来源。Gu等报道，膜组织延伸刺突蛋白（MOESIN）的乳酸化驱动转化生长因子β（TGFβ）信号传导，稳定Treg细胞转录因子FOXP3，并促进Treg细胞在TME中的积累。乳酸在多种癌症中的积累及其对局部免疫细胞的不良影响，促使研究人员设计了多种策略来干扰这一通路。 乳酸通过乳酸脱氢酶（LDHA）产生，为此已开发出多种抑制剂。例如，LDHA抑制剂GSK2837808A在小鼠肿瘤模型中与细胞治疗协同作用。然而，由于其固有毒性，LDHA抑制剂尚未进行临床开发。通过单羧酸转运蛋白（MCT）1和4抑制细胞内乳酸的输出，可能为乳酸脱氢酶抑制剂提供替代方案。因此，MCT1抑制剂AZD3965在免疫缺陷小鼠中介导了抗癌作用，并进展到晚期实体瘤和淋巴瘤的I期临床试验。该药物显示出剂量限制性毒性，影响视网膜，并报告了一例酸中毒和一例心脏肌钙蛋白I升高的病例。 已确定可耐受的每日剂量可引起MCT1抑制，但未进行进一步临床研究。然而，AZD3965在体外抑制T细胞增殖以及MCT1对小鼠记忆T细胞分化必不可少的发现，挑战了MCT1抑制剂改善癌症免疫监视的假设。 然而，MCT1抑制剂AR-C155858与CAR-T细胞在携带人类B细胞淋巴瘤的免疫缺陷小鼠中的协同作用已被报道。在这些小鼠中，MCT1抑制阻断了B细胞淋巴瘤细胞（仅表达MCT1）的乳酸分泌，但未影响CAR-T细胞（同时表达MCT1和MCT4）。值得注意的是，许多肿瘤细胞表达MCT4，这会使它们对MCT1抑制剂产生耐药性。令人惊讶的是，抗炎药物双氯芬酸既抑制MCT1又抑制MCT4，并在同基因小鼠模型中与免疫检查点抑制剂（ICB）产生协同作用。重要的是，双氯芬酸对T细胞的激活和增殖影响极小。这些结果表明，无论是单一MCT1抑制还是双重MCT1-MCT4抑制，均可影响肿瘤细胞的同时保留部分T细胞功能。 乳酸历来被描述为一种主要由肿瘤细胞产生的免疫抑制性代谢废物；然而，越来越多的证据表明，它也是T细胞的能量来源。由于乳酸被T细胞用作燃料，过量的NADH（由乳酸脱氢酶A在将乳酸转化为丙酮酸时产生）会引起还原应激并抑制3-磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）的活性，而PHGDH对丝氨酸的合成至关重要。有趣的是，丝氨酸缓解了乳酸对T细胞的部分抗增殖作用，为干预策略提供了令人兴奋的思路。乳酸还通过调节表观遗传酶改善CD8+ T细胞的干细胞特性，并为T细胞代谢和分化提供能量。在慢性炎症中，乳酸通过代谢重塑诱导CD4+ T细胞呈现促炎表型。反过来，慢性炎症通过非甾体抗炎药（NSAIDs）靶向的前列腺素影响肿瘤控制（框2）。相应地，体内抑制线粒体丙酮酸载体（MPC）会减少乳酸氧化并损害T细胞功能，表明乳酸代谢支持CD8+ T细胞的抗肿瘤功能。有趣的是，体外培养的T细胞中抑制MPC可通过增强谷氨酰胺代谢和脂肪酸氧化而改善记忆形成。鉴于乳酸对T细胞的复杂作用，作者认为针对该通路的干预措施应在体外培养的T细胞以及免疫功能正常的鼠模型中进行研究。 框2前列腺素类 促炎性前列腺素和白三烯是生物活性脂质（二十碳酸类化合物），由肿瘤和免疫细胞中的环氧化酶（COX）和脂氧化酶（LOX）酶类合成。前列腺素E2（PGE2）通过自分泌和旁分泌方式促进肿瘤增殖和侵袭。非甾体抗炎药（NSAIDs，如阿司匹林）通过抑制COX2与结肠癌、乳腺癌、前列腺癌和肺癌的发病风险降低相关。PGE2 通过树突状细胞引起的 T 细胞活化受损，可通过抑制 COX1 或 COX2–PGE2 轴来克服，从而增强对抗程序性细胞死亡蛋白 1（PD1）和抗细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4（CTLA4）免疫疗法的反应。作者最近发现，PGE2抑制T细胞中的IL-2信号传导，限制肿瘤微环境中干细胞样CD8+ T细胞的扩增和分化，以及随后效应细胞的功能性。PGE2还诱导吲哚胺2,3-二氧合酶1（IDO1）的表达，将这两条免疫抑制通路联系起来。回顾性研究中，探讨COX2抑制剂与免疫疗法联合应用的结果存在矛盾，凸显了在此领域开展前瞻性研究的必要性。在遗传性结肠癌（林奇综合征）背景下，通过长期服用阿司匹林进行预防性COX抑制可降低癌症发病率，且未增加不良事件，因此建议在该患者群体中使用阿司匹林。尽管在多种实体瘤中积累的回顾性证据表明阿司匹林可预防癌症发生，但缺乏随机研究支持其在治疗环境中的应用。 4.3 线粒体和TCA循环中间产物 线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）抑制剂已被开发为潜在的抗癌药物（图3）。线粒体是T细胞活化的关键细胞器，其功能在T细胞分化过程中动态调节，并因参与脂肪酸氧化而对维持T细胞记忆至关重要。用于治疗糖尿病的药物二甲双胍影响多种线粒体代谢调节因子，并与多种免疫治疗模式的联合应用进行了深入研究（框3）。通过过表达转录共激活因子PGC1α提高线粒体代谢可增强T细胞抗肿瘤活性。因此，通过抑制线粒体功能靶向肿瘤细胞不可避免地会损害T细胞活性。线粒体复合物I抑制剂IACS-010759在脑肿瘤和急性髓系白血病（AML）的异种移植模型中显示出疗效，并在PD1耐药的同基因小鼠非小细胞肺癌（NSCLC）模型中增强了抗肿瘤免疫力。然而，两项针对复发或难治性AML或晚期实体瘤的I期临床试验因剂量限制性毒性和缺乏疗效而终止。 小分子CPI-613（devimistat）抑制两种为线粒体三羧酸循环（TCA循环）提供底物的酶，即2-氧戊二酸脱氢酶复合物（OGDC）和丙酮酸脱氢酶（PDH）（图3）。值得注意的是，CPI-613对PDH的抑制作用逆转了乳酸的有害影响（PDH过表达和丙酮酸羧化酶下调）。在一项I期临床研究中，CPI-613在晚期血液系统恶性肿瘤中显示出潜在的临床获益，尽管其存在剂量限制性肾毒性。一项III期试验（NCT03504423）在转移性胰腺腺癌（PDAC）患者中未显示CPI-613与化疗联合使用的疗效（NCT03504423）。CPI-613正在其他联合方案中评估用于PDAC（NCT05325281）、实体瘤（NCT05733000）和T细胞非霍奇金淋巴瘤（NCT04217317）的治疗。在评估CPI-613对免疫细胞的影响之前，尚不清楚该抑制剂是否能刺激癌症免疫监视。 几种三羧酸循环中间产物可调节免疫功能，例如富马酸，其具有免疫抑制和抗炎作用，并以二甲基富马酸的形式获批用于治疗复发缓解型多发性硬化症。富马酸因富马酸水合酶缺陷而在肿瘤微环境中积累，导致琥珀酸积累。ZAP70激酶的琥珀酸化（该激酶对T细胞受体信号传导至关重要）会降低T细胞活化并阻碍肿瘤的免疫控制。琥珀酸脱氢酶的失活突变同样导致琥珀酸积累，通过抑制HIF1α羟化酶促进肿瘤生长。琥珀酸还可通过上调巨噬细胞中的HIF1α表达促进IL-1β的产生（图3）。 肿瘤微环境（TME）中琥珀酸的积累与巨噬细胞向肿瘤招募及其向IL-6+肿瘤促进性表型极化相关。这些发现暗示，通过耗竭三羧酸循环中间代谢物可能促进抗肿瘤免疫反应。 5 微生物代谢物和饲料 肠道微生物群对局部和全身性炎症及免疫反应具有深远影响，包括对全身性癌症的免疫监视作用。因此，微生物群与免疫检查点抑制剂（ICB）反应之间的相互作用引发了广泛关注。例如，免疫治疗前后肠道微生物群的分类组成与接受ICB治疗的黑色素瘤患者的临床反应和不良事件相关。在先驱性描述微生物代谢物脱氨基酪氨酸对肺部病毒感染的保护作用后，人们开始对将这种“先天性免疫代谢物”用作抗癌药物产生兴趣（图4）。向小鼠补充脱氨基酪氨酸可通过I型干扰素依赖性机制增加肿瘤微环境中活化的T细胞和自然杀伤细胞数量。另一种先天免疫代谢物——胆碱代谢物三甲胺-N-氧化物（TMAO）——也通过I型干扰素依赖性机制诱导肿瘤微环境中炎症性巨噬细胞的产生，从而改善小鼠模型中的ICB疗效。口服胆碱补充对小鼠产生类似效应，且依赖于微生物群，编码TMAO生成酶的mRNA表达与PDAC患者的生存率相关。同样，许多其他微生物代谢物已被证明可作用于多种癌症和免疫细胞。 鉴于肠道微生物群受饮食影响，针对各种饮食干预的研究正在开展，并表明营养可能对癌症免疫治疗的反应产生影响。 图4|微生物群、营养和禁食对肿瘤微环境的影响。多项前临床研究已描述了二甲双胍的抗肿瘤作用。在肠腔内，肠道微生物群会产生多种代谢物，这些代谢物会被运输至肝脏、各种淋巴器官及肿瘤组织。色氨酸可被微生物群代谢为多种吲哚衍生物，如吲哚-3-丙酸。肠道和肿瘤内乳酸菌（Lactobacillus reuteri）菌群产生的吲哚衍生物可对抗肿瘤免疫产生正负双重影响。类似地，多种原发性和次级胆汁酸通过影响T细胞分化来调节抗肿瘤免疫。富含膳食纤维的饮食可增加肠道中短链脂肪酸（SCFA）的吸收，促进T细胞干性，同时促进调节性T细胞（Treg细胞）分化。此外，在禁食期间增加的精氨酸化合物对自噬具有强大影响，从而影响免疫治疗反应。同样，生酮饮食可增加β-羟基丁酸的产生，通过T细胞活性促进抗肿瘤免疫。由Ruminococcus属细菌代谢的乌罗石素等多酚可改善T细胞分化。最后，多酚化合物白藜芦醇可诱导激活自然杀伤（NK）受体NKG2D的配体，从而诱导抗肿瘤活性。潜在的治疗干预措施以红色方框标出。B. fragilis，Bacteroides fragilis；LCA，胆酸；L. johnsonii，Lactobacillus johnsonii；PDL1，程序性细胞死亡1配体1；TH17细胞，T辅助细胞17。这些机制依赖于免疫机制。二甲双胍还可破坏程序性细胞死亡1配体1（PDL1），减少免疫抑制性巨噬细胞极化，并减少髓系来源抑制性细胞对肿瘤的浸润。 5.1 微生物吲哚和膳食色氨酸 宿主与微生物群的相互作用可能导致色氨酸代谢物（尤其是吲哚类物质）的免疫刺激性代谢物水平急剧升高。微生物代谢产物吲哚-3-乙酸（3-IA）在接受化疗的胰腺导管腺癌（PDAC）患者中尤其丰富（图4）。3-IA可被中性粒细胞髓过氧化物酶氧化，并在化疗背景下抑制清除活性氧（ROS）的谷胱甘肽过氧化物酶。值得注意的是，在小鼠模型中，联合化疗与色氨酸富含饮食可升高血清中3-IA的水平。值得注意的是，罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）可通过血管和淋巴途径从肠道迁移至黑色素瘤的肿瘤微环境（TME）。活的肿瘤内乳酸菌可催化吲哚-3-羧醛（I-3-A）的生成，并以AHR依赖性方式增强T细胞功能，从而放大对PD-L1阻断的响应。这些效应可通过色氨酸富含饮食进一步增强。此外，晚期黑色素瘤患者血清中I-3-A水平可预测免疫治疗反应。类似地，由肠道中乳酸菌约氏乳酸杆菌(Lactobacillus johnsonii) 与梭菌属孢子菌（Clostridium sporogenes）代谢合作产生的吲哚-3-丙酸，可促进CD8+ T细胞对癌细胞的溶解作用。该代谢物诱导染色质乙酰化和Tcf7基因表达，促进与抗PD-1治疗反应相关的CD8+ T细胞前体耗竭分化。吲哚类化合物还能减轻治疗相关副作用。因此，I-3-A和另一种色氨酸代谢物——由肠道Lachnospiraceae产生的色氨酸代谢物——通过促进造血和减轻胃肠道损伤，对全身照射提供保护作用。相应地，Lachnospiraceae和Enterococcaceae的相对丰度较高与较少的不良反应相关。 微生物AHR激动剂的免疫刺激作用——主要作用于CD8+ T细胞——与已报道的AHR激活代谢物色氨酸对调节性T细胞（Treg）和髓源性抑制细胞（MDSCs）的免疫抑制作用相矛盾。此外，在小鼠胰腺导管腺癌（PDAC）模型中，敲除或抑制肿瘤相关巨噬细胞中的AHR可改善抗肿瘤免疫力。在这些模型中，高色氨酸饮食会削弱对肿瘤的免疫控制，因为肠道中的乳酸菌Lactobacillus murinus和L. reuteri将色氨酸转化为吲哚-3-乳酸（3-ILA）和3-IA，这些物质随后激活肿瘤相关巨噬细胞中的AHR19（图4）。这支持了AHR激动剂具有高度细胞和环境特异性效应的模型，其对癌症免疫监视的净效应取决于肿瘤的组成20,21。 尽管存在这些不确定性，但多项研究支持微生物代谢物在癌症免疫监视中的关键作用。因此，未来的研究有必要调查这些代谢物在涉及粪便微生物移植或补充特定细菌的癌症治疗中的重要性。 框3 二甲双胍 二甲双胍已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于2型糖尿病的一线治疗。全球有数亿患者使用该药物，其可改善血糖控制、降低死亡率，且具有良好的安全性。此外，基于动物模型和人类回顾性研究中的作用，二甲双胍已被提议作为抗衰老药物。然而，其在非糖尿病人群中的益处仍存在高度争议，目前正在前瞻性临床试验中进行研究。二甲双胍对糖尿病的影响最初被归因于其在肝脏中激活5′-AMP激活的蛋白激酶（AMPK）。然而，AMPK激活只是二甲双胍众多代谢作用中的一种，其他作用包括空肠中钠-葡萄糖转运蛋白1的下调、六磷酸糖激酶I （HK1）、抑制NADH-泛醌氧化还原酶（线粒体呼吸链1，复合物I）以及抑制线粒体甘油磷酸脱氢酶。二甲双胍还重塑了肠道微生物群的分类组成，尽管其临床相关性尚不明确。值得注意的是，二甲双胍具有抗炎作用，包括降低血清肿瘤坏死因子α（TNFα）和白细胞介素-6（IL-6）水平。 多项前临床研究已描述了二甲双胍的抗肿瘤作用，其作用机制依赖于免疫机制。二甲双胍还能破坏程序性细胞死亡1配体1（PD-L1），减少免疫抑制性巨噬细胞的极化，并减少髓系来源抑制性细胞对肿瘤的浸润。 然而，这些作用似乎主要通过其对肿瘤细胞的影响介导。在食管鳞状细胞癌患者中，低剂量二甲双胍抑制了外周免疫细胞中的STAT3激活、TNFα、干扰素-γ（IFNγ）和IL-10，但增加了肿瘤浸润性CD8+ T细胞的数量。多项回顾性分析表明，接受二甲双胍治疗的患者对免疫检查点抑制剂（ICB）的响应率更高。然而，尚未开展前瞻性临床试验以证明二甲双胍与ICB联合使用带来的获益。在晚期胰腺癌患者中，一项随机双盲Ⅱ期试验测试了二甲双胍联合免疫治疗的疗效，但该试验未显示任何生存获益。类似地，在Ⅲ期MA.32临床试验中，对高危转移性乳腺癌患者进行为期5年的二甲双胍治疗也未能延长无病生存期。 此外，二甲双胍治疗组患者出现了更多3级非血液学毒性事件。二甲双胍的唯一获益出现在携带rs11212617基因型C等位基因的HER2+乳腺癌患者亚组中，这与先前针对该人群的二甲双胍有益反应研究结果一致。 这些试验表明，特定患者亚群在标准治疗环境中可能从二甲双胍中获益。未来，关于二甲双胍与癌症免疫疗法联合应用效果的前瞻性研究亟待开展。 5.2 微生物群和胆汁酸 原胆汁酸是肝脏合成的胆固醇衍生物，释放至肠道后，在肠道微生物的作用下转化为次级胆汁酸。胆汁酸在消化过程中发挥重要功能，并通过受体如法尼醇X受体（FXR）等传递信号。初级胆汁酸如牛磺胆酸可刺激肝窦内皮细胞分泌趋化因子CXCL16，而CXCL16对肝脏中自然杀伤T（NKT）细胞的招募及抗肿瘤监视至关重要。原胆汁酸与肝细胞癌或胆管癌患者肝组织样本中CXCL16的丰度呈正相关，而次级胆汁酸则呈负相关。抗生素治疗通过清除小鼠肠道中产生次级胆汁酸的革兰氏阳性细菌，增强了NKT细胞的积累并抑制了肝内肿瘤的生长。次级胆汁酸石胆酸（LCA）和3-氧代LCA抑制Th17细胞分化，而异-异构-LCA通过FOXP3转录调控诱导调节性T细胞（Treg）分化（图4）。值得注意的是，抗生素治疗导致回肠重新定植产生LCA的细菌，这些细菌下调细胞粘附分子MADCAM1的表达。MADCAM1下调驱动某些白细胞（包括产生IL-17的Treg细胞）从回肠迁移至肿瘤，这一效应与免疫治疗的不良预后相关。  在异基因骨髓移植模型中，T细胞的活化取决于宿主与微生物胆汁酸通过T细胞FXR受体相互作用的平衡，其中熊去氧胆酸作为抗炎性FXR拮抗剂发挥作用。在小鼠模型中，敲除T细胞中的FXR表达可抑制移植物抗宿主病（GvHD）的发生。这些观察结果的临床相关性得到了临床试验的支持，该试验前瞻性地招募了接受异基因干细胞移植的患者（主要因恶性疾病），结果显示UCDA可有效减轻GvHD并提高生存率。这些研究共同强调了胆汁酸在微生物调节炎症过程中的关键作用，这对于结肠癌和肝癌的治疗具有潜在意义。 在大型息肉预防试验中，研究人员对接受手术切除结直肠腺瘤性息肉并接受为期4年饮食干预的患者进行了血清胆汁酸测定。基线胆汁酸浓度与腺瘤复发及与癌症相关的微生物群特征呈正相关。然而，一项随机的高纤维、高水果和蔬菜、低脂肪饮食并未改变胆汁酸水平，这表明通过饮食干预改变微生物代谢物具有一定难度。需要更好的策略来有效调节次级胆汁酸的组成和丰度，以促进免疫治疗的成功。 5.3 饮食和短链脂肪酸 直观来看，调节肠道微生物群及其代谢物最直接且安全的方式是通过饮食。禁食、饮食干预及热量限制模拟物因其免疫调节特性正受到越来越多的关注。许多短链脂肪酸（SCFAs），包括丁酸、丙酸和戊酸，主要通过肠道微生物群对纤维和淀粉的发酵产生。共生细菌产生这些SCFAs，并在健康、非炎症的结肠免疫微环境中促进调节性T细胞（Treg细胞）的分化（图4）。系统性SCFAs水平与CTLA4免疫检查点抑制剂（ICB）的反应性降低相关，尽管另一项研究描述了粪便SCFAs与PD1阻断疗效之间的正相关关系。膳食纤维摄入量也与黑色素瘤的免疫治疗反应相关，但这种相关性被非处方益生菌的非处方使用所抑制； 本研究中SCFAs的关联尚不明确。在一项针对健康成年人的随机研究中，基于抗性淀粉、菊粉和醋的饮食干预提高了粪便和血清SCFA水平。正在进行的DIET临床试验正在研究高纤维饮食与ICB联合应用于黑色素瘤和肾细胞癌的效果（NCT04645680）。进一步解析SCFAs对高纤维饮食效果的贡献及其与其他代谢物的关系至关重要。体外SCFA补充在CAR-T细胞扩增过程中可改善其功能，再次凸显了体外应用代谢物可能成为潜在临床途径。 短链脂肪酸（SCFAs）如乙酸是T细胞和肿瘤细胞在低葡萄糖或糖酵解受限条件下生长的替代碳源。有趣的是，乙酸通过与乳酸相同的MCT转运蛋白被摄取。进入细胞后，乙酸由乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）转化为乙酰辅酶A。 功能上，乙酸补充可促进体外培养的T细胞中组蛋白乙酰化和干扰素γ（IFNγ）的表达（图3）。此外，感染期间血清中乙酸水平的升高可改善记忆性CD8+ T细胞的功能。作为一种潜在的治疗方法，阻断ACSS2（肿瘤细胞消耗乙酸所必需的酶）可增加T细胞获得乙酸的可用性，并在动物模型中刺激T细胞对乳腺癌的免疫反应。 5.4 生酮膳食 生酮饮食含有高脂肪、适量蛋白质和低碳水化合物（通常每天少于40克）。碳水化合物的缺乏会导致酮体水平急剧上升——特别是3-羟基丁酸（3HB）和乙酰乙酸——这有利于线粒体呼吸而非糖酵解作为能量代谢方式。生酮饮食最初被提出作为一种干预措施，以帮助对抗癌症，其依据是葡萄糖匮乏对癌细胞的直接影响。然而，酮体也对免疫系统产生作用。例如，3HB和乙酰乙酸可增强CD8+ T细胞功能并改善抗肿瘤免疫力（图4）。类似地，模拟禁食的饮食被证明可改善对免疫检查点抑制剂（ICB）的反应，同时减少心血管副作用。机制上，间歇性生酮饮食或补充3HB被证明可抑制髓系细胞上PDL1的上调，并促进与抗肿瘤效应功能相关的CXCR3+ T细胞的扩增。多项随机临床研究探讨了生酮饮食对乳腺癌患者的影响。持续超过1个月的生酮饮食耐受性良好，可实现血清3HB浓度升高，并减少体重和脂肪质量，同时肌肉质量得以保留。另一项研究显示，化疗期间采用12周生酮饮食可降低血清胰岛素水平并缩小肿瘤大小，与对照组相比，这一令人鼓舞的结果需要进一步验证。血清中TNFα水平下降和IL-10水平升高提示其对炎症的影响。这些研究表明，生酮饮食可实现全身代谢改变，从而增强化疗的抗肿瘤效果。一项针对转移性肾细胞癌患者在免疫检查点抑制剂治疗期间采用生酮饮食的临床研究（NCT05119010）因招募困难近期被终止。  令人意外的是，最近一项临床前研究发现，生酮饮食通过转录因子BACH1促进恶性细胞的肿瘤转移。这一发现缺乏在人类研究中的复制和调查。尽管如此，它提醒人们要对生酮饮食保持谨慎，尤其是在非转移性疾病中。 5.5 多酚类 石榴富含多酚类化合物槲皮素，它是尿石素A的前体，常被大众媒体宣传为“超级食物”。口服尿石素A补充剂可在前临床模型中改善抗癌T细胞免疫力。体外研究显示，尿石素A通过刺激线粒体自噬（mitophagy）促进干细胞样CAR-T细胞池的扩增。此外，来自卡姆果（Myrciaria dubia）的尿石素A前体物质castalagin在前临床模型中被证实可改善免疫疗法疗效，且与肠道Ruminococcus属菌群的扩增相关（图4）。在晚期非小细胞肺癌或黑色素瘤患者中，正在进行一项I期临床试验，测试卡姆果粉末的膳食摄入与标准免疫疗法的联合应用（NCT05303493）。在一项针对健康志愿者的随机临床研究中，尿石素A补充剂被证实安全，且可增加外周淋巴细胞和自然杀伤细胞。它还减少了促炎性细胞因子，并诱导了免疫表型的变化。尽管这些对免疫细胞的影响令人鼓舞，但其对抗肿瘤免疫力的影响仍需在患者中进行研究。 白藜芦醇是另一种存在于多种植物中的多酚类物质，包括葡萄和浆果。其已报道的多种作用包括通过激活受体NKG2D（也称为KLRK1）诱导应激配体以刺激自然杀伤细胞（NK细胞）（图4）。此外，白藜芦醇对细胞因子分泌的直接免疫刺激作用已被描述。其适当剂量存在争议，药理学活性浓度通常远高于通过红葡萄酒摄入等途径可达到的剂量。一项人类I期研究确立了白藜芦醇的非线性剂量-反应关系，表明较低剂量可能具有抗癌作用。然而，关于白藜芦醇与免疫疗法协同作用的临床证据尚不充分。 5.6 亚精胺 精胺是一种天然存在的多胺，其水平在禁食或热量限制时会上调，且能在多种动物中诱导自噬并延长寿命。禁食或给予热量限制模拟物精胺和羟基柠檬酸，会导致纤维肉瘤和肺癌模型中调节性T细胞（Treg细胞）的自噬依赖性耗竭。值得注意的是，通过禁食或热量限制延长模式生物的健康寿命和寿命，依赖于精胺合成增加以及真核翻译起始因子5A（eIF5A）的脱氨基化，这导致eIF5A依赖性翻译促自噬转录因子TFEB，并刺激自噬流。假设，与年龄相关的精胺水平下降可能解释了相应自噬流的减少，进而通过影响免疫系统促进衰老过程。相应地，精胺可激活eiF5A亚氨化-自噬通路，体外重塑来自衰老人类捐赠者的B和T淋巴细胞。禁食和口服精胺补充均可增强在同基因小鼠模型中，化疗诱导的免疫原性细胞死亡联合PD1阻断的疗效（图4）。 关于精胺补充剂的促免疫监视作用，已提出替代eiF5A超乙酰化机制的解释。例如，精胺通过抑制乙酰转移酶EP300来刺激自噬，相应地，EP300抑制剂C646可增强免疫原性化疗的疗效。 此外，精胺可通过增强线粒体三功能蛋白的活性来增加脂肪酸氧化。脂肪酸氧化增加有利于T细胞的增殖、线粒体呼吸和细胞因子产生，并与老年小鼠中的PDL1阻断作用协同作用。这些发现表明，精胺对免疫系统具有多方面的作用。口服高纯度精胺（三氢氯化精胺）已在健康志愿者中进行评估，且耐受性良好。然而，仅精胺（精胺的代谢产物）在治疗个体的血浆中升高。因此，需要进一步研究以确定精胺的最適剂量，并测试其在患者中的潜在免疫刺激作用。 5.7 B族维生素和D族维生素 来自饮食、补充剂或肠道共生菌的维生素可能有助于增强抗肿瘤免疫反应。这适用于B族维生素，它们至少部分由微生物群产生。补充烟酰胺（维生素B3的酰胺形式，也是NAD+的前体）可预防小鼠和人类移植受者中由紫外线诱发的皮肤癌。口服烟酰胺治疗小鼠可通过增强自然杀伤细胞（NK细胞）和T细胞介导的免疫监视，延缓乳腺癌（luminal B型）的致癌过程。 此外，维生素B3以CD4+ T细胞依赖性方式增强胰腺导管腺癌对吉西他滨基化疗的敏感性。值得注意的是，体外培养时添加烟酰胺的自然杀伤细胞表现出葡萄糖代谢增强、抗氧化应激能力提升、细胞毒性活性增强及细胞因子分泌增加，从而提升了非霍奇金淋巴瘤患者接受自然杀伤细胞输注的临床疗效。  其他B族维生素也具有免疫调节功能。维生素B5（泛酸）作为辅酶A的前体，可重新编程T细胞向氧化磷酸化（OXPHOS）方向发展，使其分化为产生IL-22的CD8+ T细胞，并增强抗PD-L1抗体疗法在小鼠中的疗效。维生素B6（吡哆醇）是高效抗肿瘤免疫反应所必需的。由肠道微生物群产生的维生素B12（钴胺素）作为组织修复的限制性因素；例如，在实验性结肠炎中，它参与一碳代谢和组蛋白甲基化，这些过程对于表观遗传重编程至关重要。然而，血浆中维生素B12浓度过高与免疫治疗效果不佳临床相关。一项关于B族维生素补充对癌症风险影响的系统综述发现矛盾结果，尤其涉及B6和B9。鉴于B族维生素补充广泛应用，其对癌症风险及作为治疗手段的不明确影响，亟需开展彻底的机制研究和前瞻性临床试验。 维生素D通过维生素D受体（VDR）发挥调节作用，VDR是一种由肠上皮细胞表达的转录因子。VDR的激活会导致微生物群落的分类学变化，进而影响黏膜免疫、宿主防御、炎症和免疫功能。肠上皮细胞中VDR条件性敲除的小鼠表现出微生物群和代谢组的改变（伴随次级胆汁酸增加），以及JAK2–STAT3通路信号传导的增强，最终导致结肠癌变。相比之下，维生素D通过改善T细胞介导的移植性黑色素瘤抑制作用及与检查点抑制剂的协同反应，在小鼠中发挥免疫刺激作用。这种维生素D的作用与小鼠肠道中Bacteroides fragilis的扩增相关，口服灌胃该细菌即可赋予黑色素瘤抵抗表型（图4）。  大型研究已将低25-羟基维生素D水平与维生素D代谢通路及生物合成基因的遗传多态性与癌症死亡率相关联。鉴于其众多积极作用，维生素D补充剂已在多项大型临床试验中进行研究。然而，在前瞻性D-Health临床试验中，未发现维生素D补充剂对死亡率有显著益处。在排除早期随访期的亚组分析中，维生素D补充甚至导致癌症死亡率升高。相反，在前瞻性VITAL临床试验中，维生素D治疗组观察到晚期癌症显著减少，尤其是在体质指数低于25的个体中。在一项针对接受免疫检查点抑制剂（ICB）治疗的晚期癌症患者的小型临床研究中，维生素D补充剂主要纠正了94%的患者中发现的维生素缺乏症，且补充组实现了更长的总体生存期。综上所述，这些相互矛盾的研究表明，在未经筛查的一般人群中，维生素D补充剂的益处尚不明确，而关于维生素D在癌症免疫治疗中的前瞻性随机试验值得进一步考虑。 6 结论 肿瘤细胞代谢为治疗干预提供了看似无限的潜力，许多潜在药物已进行临床试验。然而，历史上这些药物在开发过程中对免疫相关副作用的关注度较低。作者认为，这种免疫中立的开发策略可能解释了某些抑制剂在临床试验中失败率较高的原因，例如针对线粒体酶、糖酵解或乳酸分泌的抑制剂。然而，一些专门针对免疫抑制通路的药物，如IDO1或A2抑制剂，也缺乏疗效。这引发了是否需要开发更好的模型系统而非当前基于肿瘤细胞系接种的小鼠模型的疑问。尽管如此，ivosidenib获批用于mIDH1-AML，以及vorasidenib在mIDH 2级胶质瘤中的令人印象深刻的III期研究，都表明代谢抑制剂可以安全有效，即使这些例子针对的是突变酶。许多正在进行的临床试验提供了有希望的途径，包括调查CD73靶向抗体oleclumab的III期研究。 多项研究终止了A2腺苷受体抑制剂与免疫检查点抑制剂联合使用的试验，这表明免疫检查点抑制剂（ICB）可能并非所有代谢干预措施的理想选择。近年来，研究揭示了多种新的耐药机制，这些机制可能为更优的联合治疗策略提供依据，例如谷氨酰胺代谢抑制剂与mTOR抑制剂的联合，或腺苷与IDO1抑制剂的联合。合成代谢致死性是癌症免疫治疗领域的一个令人兴奋的新概念。作者预期，基于这一概念的系统性筛选方法或假设驱动的研究将推动新型联合治疗方案的设计。 以饮食和微生物群为中心的干预措施正日益受到关注，目前正在进行的几项试验可能为该领域进一步研究铺平道路。关于精氨酸、castalagin、胆碱、去氨基酪氨酸、I-3-A、丙酸、肌苷、精胺和维生素D的免疫刺激作用的临床前证据，正推动设计临床试验，其中这些代谢物通过口服补充。然而，大多数饮食或补充剂方案的临床证据要么存在争议，要么不足。尽管有令人鼓舞的试验正在进行，但作者认为，该领域中复杂的药代动力学/药效学（PK/PD）研究大多难以实现。此外，基于生物标志物的适宜患者群体的筛选将是成功完成试验的关键，这些试验将免疫疗法与饮食或补充剂干预相结合，以及与更传统的药物候选物相结合。 代谢调节剂在细胞治疗产品体外扩增领域展现出另一项令人振奋的应用。研究表明，多种靶向代谢的药物能显著提升CAR-T细胞的功能、干细胞特性及体内疗效，例如脱氧雪尼尔（DON）、肌苷、2-DG、烟酰胺、MPC抑制剂、尿石素或V-9302等药物均证实了这一效果。将这些化合物作为细胞培养的体外补充剂使用，可规避药代动力学不足或不必要毒性的风险，提供独特的治疗灵活性。此外，若临床应用成功，这种免疫代谢的体外调控技术将为未来的体内干预措施奠定基础。 原文链接： https://doi.org/10.1038/s41573-025-01227-z 版权声明 本文转载“代谢组metabolome“，版权属于原作者所有，文章翻译和转载为学术传播。 团队水平有限，翻译和转载难免有不恰当之处，请批评指正，多多包涵！ 往期精彩回顾： #多组学研究 #感染与免疫 #生物医药与生态环境研究 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