Nature：肥胖，损害对肿瘤的免疫监视；竟然是通过这种细胞！

随着现代社会生活方式的变化，肥胖已成为全球性的健康问题，与多种慢性疾病包括癌症的发生发展密切相关。肥胖不仅增加了个体罹患癌症的风险，还被发现与癌症的预后和治疗响应有关。

在癌症治疗领域，免疫检查点阻断疗法，特别是针对PD-1的抗体治疗，已经取得了显著的临床效果。然而，肥胖患者在免疫检查点阻断疗法中表现出所谓的“肥胖悖论”，即在某些情况下，肥胖可能与更好的治疗响应相关。

尽管肥胖与癌症之间的联系已被广泛认识，但肥胖如何影响肿瘤微环境中的免疫细胞，尤其是在调节抗肿瘤免疫反应中起关键作用的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs），其具体机制尚不完全清楚。巨噬细胞是肿瘤微环境中数量众多的免疫细胞，它们在肿瘤发展和免疫逃逸中扮演着复杂的角色。在肥胖状态下，肿瘤微环境的代谢和炎症状态发生变化，这些变化可能影响巨噬细胞的功能和表型，进而影响肿瘤的生长和对免疫疗法的响应。

因此，深入研究肥胖如何通过影响TAMs进而调节肿瘤免疫监视和免疫疗法效果，对于开发新的癌症治疗策略具有重要意义。近日，来自美国范德比尔特大学医学中心Jeffrey C. Rathmell等研究学者在Natrue杂志上发表了题为 Obesity induces PD-1 on macrophages to suppress anti-tumour immunity 的研究论文【1】。本研究旨在探索肥胖状态下TAMs的代谢和功能变化，以及这些变化如何通过PD-1途径影响肿瘤免疫反应和免疫检查点阻断疗法的疗效。通过这项研究，研究者希望能够为肥胖癌症患者提供更加个性化和有效的治疗选择。

研究的结论指出，肥胖能够选择性地在肿瘤相关巨噬细胞上诱导PD-1的表达，并通过特定的代谢信号和炎症线索，驱动TAMs表达PD-1，进而启动一种TAM特异性的反馈机制，损害肿瘤免疫监视。

（真是没有想到，巨噬细胞这个浓眉大眼的专杀坏种的细胞竟然被肥胖者的肿瘤策反叛变了！）

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🔷  小鼠模型和饮食诱导的肥胖（DIO）：

通过给予高脂饮食（HFD）或低脂饮食（LFD）来诱导肥胖模型。小鼠从6周龄开始，持续20周的饮食处理，以建立肥胖和对照组。

🔷  肿瘤模型建立：

在饮食处理后，通过皮下注射肿瘤细胞（如结直肠癌细胞系MC38）来建立肿瘤模型。监测肿瘤生长情况，并在肿瘤形成后进行相应的治疗。

🔷  免疫检查点阻断治疗：

使用抗PD-1抗体或IgG同型对照抗体对小鼠进行肿瘤治疗，评估抗PD-1治疗对肿瘤生长的影响。

🔷  单细胞RNA测序（scRNA-seq）：

从肿瘤组织中分离出CD45+和CD45-细胞，进行单细胞RNA测序，分析不同饮食和治疗条件下肿瘤细胞和免疫细胞的基因表达变化。

🔷  流式细胞术：

利用流式细胞术对肿瘤组织中的免疫细胞亚群，特别是肿瘤浸润性T细胞和巨噬细胞进行表型分析，评估肥胖和PD-1阻断对免疫细胞的影响。

🔷  基因编辑CRISPR：

使用CRISPR-Cas9技术在巨噬细胞中敲除Pten基因，激活PI3K-mTOR信号通路，研究PD-1表达与该信号通路的关系。

🔷  代谢分析：

通过Seahorse细胞代谢分析系统评估巨噬细胞的氧气消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），分析巨噬细胞的代谢状态。

🔷  细胞功能实验：

通过荧光激活细胞分选（FACS）对PD-1阳性和PD-1阴性的巨噬细胞进行分离，并通过RNA测序分析其基因表达差异，进一步通过体外实验评估PD-1对巨噬细胞吞噬功能和抗原呈递能力的影响。

🔷  免疫组织化学染色：

对人类肿瘤组织切片进行免疫组织化学染色，分析PD-1在肿瘤相关巨噬细胞中的表达情况。

🔷  T细胞受体（TCR）测序：

通过V(D)J测序分析肿瘤组织中T细胞的克隆性，了解肥胖对T细胞应答的影响。

🔷  肥胖与肿瘤生长：

研究发现，高脂饮食（HFD）喂养的小鼠体重增加，并且表现出与肥胖相关的代谢变化，如高血糖和高胰岛素血症。

在这些肥胖小鼠中，肿瘤生长速度比低脂饮食（LFD）喂养的小鼠快。

🔷  抗PD-1治疗的效果：

抗PD-1治疗在HFD喂养的小鼠中显示出显著的肿瘤重量减少，而在LFD喂养的小鼠中效果不明显。

这支持了肥胖可能增强对免疫检查点阻断治疗的响应。

🔷  scRNA-seq分析：

scRNA-seq结果显示，HFD喂养的小鼠肿瘤中，肿瘤浸润性T细胞（特别是效应CD8+ T细胞）的频率降低，而巨噬细胞的丰度增加。抗PD-1治疗导致肿瘤细胞向成纤维细胞的转变，可能反映了癌细胞的消除。

🔷  TAMs的特征：

HFD条件下的TAMs表现出代谢变化，特别是在脂肪酸氧化方面。TAMs的功能，包括吞噬作用和与抗原呈递相关的受体表达（如MHC-I和MHC-II）在HFD条件下降低，并且这些功能在抗PD-1治疗后似乎得到恢复。

🔷  PD-1在TAMs上的表达：

研究发现肥胖能够诱导TAMs表达PD-1，这一表达与炎症因子、瘦素、胰岛素和游离脂肪酸水平的增加有关。PD-1的表达与巨噬细胞的糖酵解、吞噬作用和T细胞激活潜力的抑制有关。

🔷  PD-1的功能研究：

PD-1+的TAMs与细胞周期和线粒体代谢相关，而PD-1-的TAMs与吞噬作用、炎症和T细胞激活相关。PD-1的阻断能够增加巨噬细胞的糖酵解水平，这对于增强TAM表达CD86和MHC分子以及激活T细胞至关重要。

🔷  PD-1在巨噬细胞中的作用机制：

研究揭示了PD-1通过mTORC1和MYC途径调节巨噬细胞的代谢和功能。PD-1的表达受mTORC1、NF-κB和c-Myc的激活影响，且PD-1能够提供负反馈来抑制巨噬细胞的糖酵解和炎症功能。

🔷  PD-1缺失对肿瘤免疫的影响：

在Pdcd1基因敲除（Pdcd1−/−）的小鼠中，肿瘤生长受到抑制，巨噬细胞表现出更促炎的状态，包括增加的吞噬作用、MHC-II和CD80表达，以及增强的糖酵解能力。

🔷  人类样本分析：

在人类肿瘤样本中，PD-1在TAMs中的表达与肥胖状态有关，且与TREM2表达无关。

体重减轻后，PD-1表达的TAMs数量减少。

这些实验结果揭示了肥胖通过诱导TAMs表达PD-1来抑制抗肿瘤免疫反应的机制，并表明PD-1阻断可以恢复巨噬细胞的功能，增强肿瘤免疫监视，为肥胖癌症患者的免疫治疗提供了新的视角。

图1. 肥胖损害抗肿瘤免疫细胞功能和代谢特征

图2. 肥胖和与肥胖相关的信号驱动巨噬细胞特异性PD-1

图3. PD-1介导的巨噬细胞功能障碍依赖于mTOR和MYC的激活

图4. 抗PD-1直接恢复巨噬细胞的抗肿瘤功能和代谢

图5. 靶向巨噬细胞特异性PD-1改善T细胞介导的抗肿瘤免疫