Cell子刊：神奇脂质信号靶点S1P 增强T细胞免疫疗法杀伤力

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免疫系统作为我们的健康卫士，一直兢兢业业地到处巡逻并揪出不属于我们身体的“异物”，比如细菌和病毒。而癌细胞作为正常人体细胞发生突变不受控制地分裂生长的产物，它们一向很擅长伪装自己，从而成功地逃避免疫系统的追杀。T细胞免疫疗法利用体内自身的免疫细胞——T细胞，通过改造，使其能特异性地靶向癌细胞。

目前，科学家已发现对调节T细胞功能至关重要的三种不同信号路径：

◇ 细胞因子白介素15（IL-15）可促进中中央记忆型T细胞（Tcm）表型，Tcm在抗原的再次刺激之下，Tcm可帮助清除机体不需要的细胞；

◇ 转化生长因子β(TGF-β)可促进T细胞分化为调节性T细胞（Tregs），Tregs可调节/抑制其他免疫细胞；

◇ 过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)可调节脂质代谢，这对于向T细胞提供能量至关重要。

至于这些信号路径如何决定了T细胞功能？科学家还一直在苦苦探索中。

▲图1 研究在线发表于《细胞》子刊《Cell Reports》

最近，由美国南卡罗莱纳医科大学（MUSC）生物化学及分子生物学系与霍林斯癌症中心的研究人员通力合作，发现这三种看似不想干的信号途径其实是相互关联的。研究人员仔细研究了鞘氨醇-1-磷酸盐（S1P）——一种由鞘氨醇激酶1 (SphK1)产生的脂质，在调节T细胞分化中的作用。

结果发现，T细胞中SphK1的缺失以及由此导致的S1P水平降低，促进了Tcm表型的维持，并抑制了其向Tregs分化。

之前说过，Tcm可帮助清除机体不需要的细胞——肿瘤细胞，Tregs可调节/抑制其他免疫细胞，因此降低S1P水平神奇地改善了T细胞介导的免疫治疗。研究结果于2019年8月13日在线发表于《细胞》子刊《Cell Reports》（图1）。

“关于SphK1在肿瘤中的作用，之前我们已经研究了很多，但是关于SphK1如何调节T细胞的功能，我们还不太清”，本研究的通讯作者之一Shikhar Mehrotra博士说，他是MUSC霍林斯癌症中心研究人员、细胞治疗部副主任和副教授。

为了评估SphK1对T细胞的影响，研究人员通过基因编辑和化学药物PF543抑制了SPhk1的功能，结果在黑色素瘤小鼠模型中出现了一系列惊人的连锁反应：抑制SPhk1 → S1P水平随之降低 → Tcm表型杀伤力增强 → 小鼠肿瘤大小和死亡率显著下降。

“当我们抑制由SphK1刺激产生的S1P时，Tcm对肿瘤细胞的杀伤力大大提高”， MUSC霍林斯癌症中心发展癌症治疗研究项目的联合主任、教授以及生物化学和分子生物学主席Besim Ogretmen博士说，“我认为这是第一次发现内部脂质信号在调节T细胞对癌细胞的杀伤力上起着重要作用。”

1、内部脂质信号引发的连锁反应

▲图2 SphK1影响T细胞杀伤力的具体机制

注：PF543：SphK1小分子抑制剂；Lipolysis：脂解作用；OXPHOS：线粒体氧化磷酸化

那么SphK1影响T细胞表型的具体机制是什么呢？

原来，S1P的缺失增加了Tcm表型相关基因的转录因子的活性。

此外，S1P的缺失还降低了PPARγ的活性，其结果有两个：

◇ PPARγ活性降低阻止了T细胞分化成Tregs；

◇ PPARγ活性降低还导致了脂质利用率/脂解作用的增加，从而产生更多能量——线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)增加。

以上S1P缺失所致的多重连锁反应的累积协同效应就是——Tcm表型增强，其抗肿瘤效应延长（图2）。

“也就是说，S1P这一种上游分子，它可以通过多种不同的途径调节T细胞”，Mehrotra说。

此次发现的分子机制细节还进一步解释了先前已知的T细胞调节的不同影响。IL-15通过抑制SphK1 和 S1P，增强了Tcm表型；相反，TGF-β通过激活SphK1将T细胞推向Treg表型。此外，这些不同的途径相互影响，错综复杂地控制着T细胞的命运走向。

2、除了调节T细胞杀伤力，还能干预自身免疫病？

“免疫反应过弱会出现肿瘤逃逸，免疫反应过强则可能伤及自身引发自身免疫病，因此正常情况下机体免疫系统会有一套相互牵制、避免失衡的内在机制。当遭受细菌、病毒等感染的侵袭，机体就会向免疫系统释放求救信号，免疫系统就处于高度戒备的高反应状态”， Mehrotra解释说。

“随后Tregs就会出马，给我们的免疫系统及时‘熄火’，防止引火上身出现自身免疫病。然而，为了对抗癌细胞，我们需要打破这种免疫耐受性，因为我们需要T细胞处于这种高反应的战斗状态。”

传统的癌症治疗通常以化疗为中心，化疗虽然能瞄准癌细胞并将其杀死，但也会殃及我们的免疫细胞，可谓是“杀敌一千，自损八百”。而以SphK1为特异性靶点可以使免疫细胞粘附在靶点上并精准地杀死癌细胞。

此外，Mehrotra 和Ogretmen还证明，当把PD1抑制剂与SphK1抑制剂联合使用，可以显著减黑色素瘤小鼠模型的肿瘤大小并延长小鼠的生存期（图3）。

▲图3  SphK1抑制剂联合PD1抗体可显著缩小小鼠肿瘤大小、延长生存期

注：pMel：gp100黑色素瘤表位反应性T细胞受体（TCR）转基因小鼠；PF543：SphK1小分子抑制剂；PD1: 程序性死亡受体1抑制剂

“人体内的癌细胞和免疫细胞之间其实有很多交流” ，Ogretmen解释说，“我们还不太了解这种交流，也不知道狡猾的癌细胞是否向T细胞发出信号使其提高S1P水平，让T细胞偃旗息鼓。”

有趣的是，研究发现，癌细胞中的S1P水平很高，这使癌细胞能够更好地存活，癌细胞中的高水平S1P也可能削弱T细胞的杀伤力。这项新的研究表明，S1P的缺失可能在两个方面发挥作用——既抑制癌细胞生存，又增加T细胞活性。

“此次研究结果为进一步研究开辟了许多有趣的领域”，Mehrotra说，“现在我们知道，仅仅通过调节S1P的内在水平，就可以得到不同类型的T细胞表型。接下来的一个研究方向是，SphK1/S1P 信号途径到底是如何调节T细胞的功能和分化”，Ogretmen补充道。

这项研究为 “通过抑制S1P积累来强化肿瘤T细胞免疫疗法”铺平了道路。未来的工作将在一些临床前癌症模型中验证这一途径。

此外，Mehrotra 和Ogretmen还提出一个非常有意思的逆向思维观点：除了协同免疫疗法，SphK1/S1P 信号途径也许还有调节自身免疫病的潜力，如多发性硬化、狼疮和结肠炎。

参考资料：

[1] Medical University of South Carolina. (2019, August 19). New lipid signaling target may improve T cell immunotherapy: Researchers unravel molecular processes regulating the fate of T cells. ScienceDaily. Retrieved August 21, 2019 from www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190819112727.htm

[2] Chakraborty, P., Vaena, S. G., Thyagarajan, K., Chatterjee, S., Al-Khami, A., Selvam, S. P., ... & Hedley, Z. (2019). Pro-Survival Lipid Sphingosine-1-Phosphate Metabolically Programs T Cells to Limit Anti-tumor Activity. Cell reports, 28(7), 1879-1893.

[3] Schnute, M. E., McReynolds, M. D., Kasten, T., Yates, M., Jerome, G., Rains, J. W., ... & Saabye, M. (2012). Modulation of cellular S1P levels with a novel, potent and specific inhibitor of sphingosine kinase-1. Biochemical Journal, 444(1), 79-88.