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       研究者們在對腫瘤進(jìn)行臨床研究時(shí)經(jīng)常發(fā)現：腫瘤周?chē)m然浸潤著(zhù)大量的抗原特異性的淋巴細胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL），但通常它們在體內卻處于無(wú)能的狀態(tài)（dysfunction）從而不對腫瘤細胞進(jìn)行有效攻擊，這種無(wú)能的狀態(tài)通常被認為是由于TIL長(cháng)期暴露于抗原刺激之下而導致的。但近期的一項研究發(fā)現，在這群“無(wú)能”的TIL中存在著(zhù)一群非常有“潛能”的T細胞，它們具有干細胞的某些特征，諸如自我更新、多向分化潛能、長(cháng)期存活等。究竟這群細胞還有何特質(zhì)，它們在腫瘤微環(huán)境里是在何種機制下形成的，它們在抗腫瘤方面的表現又如何呢？針對以上問(wèn)題，Nicholas Restifo及其團隊開(kāi)展了一系列研究，其研究成果于今年四月作為封面文章發(fā)表在Science雜志上。

        Nicholas Restifo團隊開(kāi)展的這項研究的是基于以下理論背景知識及推測猜想：T細胞被激活后，從初始狀態(tài)的T細胞分化為其他狀態(tài)時(shí)需要攝取及消耗細胞外的營(yíng)養物質(zhì)來(lái)進(jìn)行有氧糖酵解供能，此時(shí)它的代謝模式是以mTOR為主的合成代謝；但有不少研究發(fā)現，當細胞處于營(yíng)養匱乏環(huán)境時(shí)會(huì )轉換其代謝模式，并轉化為“干細胞樣”狀態(tài)以獲得長(cháng)期存活能力。細胞內鉀離子的濃度約為細胞外的30倍（~145mM和~5mM），保持這一細胞內外濃度差有利于維持細胞內外的電化學(xué)梯度，以維持營(yíng)養物質(zhì)的有效攝取。但在腫瘤區域當大量細胞發(fā)生死亡時(shí)，其胞內的物質(zhì)釋放至胞外，其中也包括高濃度的鉀離子，這樣勢必會(huì )造成局部T細胞處于胞外高鉀狀態(tài)，胞外高鉀打破了T細胞內外的鉀離子濃度差，從而不利于營(yíng)養物質(zhì)的有效攝取，無(wú)法攝取營(yíng)養物質(zhì)的“饑餓壓力”迫使T細胞轉為“干細胞樣”狀態(tài)。并且，由于無(wú)法有效攝取營(yíng)養物質(zhì)，這些“干細胞樣”的T細胞無(wú)法完成從初始狀態(tài)向效應狀態(tài)的轉化，從而被“鎖”在了“干細胞樣”的狀態(tài)中，故而展現出“無(wú)能”這一特征。

        研究者先是通過(guò)特制的培養基在體外模擬了T細胞胞外高鉀的狀態(tài)，發(fā)現在高鉀環(huán)境下培養的T細胞其糖酵解水平及胞內必須氨基酸的含量都大幅降低，證實(shí)胞外高鉀確實(shí)阻礙了T細胞對營(yíng)養物質(zhì)的有效攝取。并且處于胞外高鉀的T細胞，其自噬體的形成這一生理活動(dòng)增強，由于其重要營(yíng)養物質(zhì)攝取障礙迫使其代謝狀態(tài)也被重新編程進(jìn)入到由線(xiàn)粒體主導的代謝模式，從而表現出“干細胞樣”的細胞表型。在這一過(guò)程中，研究者們觀(guān)察到高鉀狀態(tài)下細胞內總的乙酰輔酶A增加，而胞質(zhì)和細胞核內的乙酰輔酶A則減少了，推測乙酰輔酶A在線(xiàn)粒體內被大量消耗了。乙酰輔酶A在基因的轉錄中起到了關(guān)鍵性的作用，它參與一些基因的啟動(dòng)子和增強子組蛋白的乙酰化，從而影響轉錄過(guò)程。研究者推測線(xiàn)粒體外低水平的乙酰輔酶A使得負責編碼效應表型的啟動(dòng)子和增強子組蛋白無(wú)法完成乙酰化，故而無(wú)法完成T細胞向其他表型的轉化。研究者們利用ChIP-PCR和ChIP-seq技術(shù)先從基因水平上證實(shí)了這一猜測:T細胞功能相關(guān)的基因，連同活化及耗竭相關(guān)的基因，它們的啟動(dòng)子和增強子組蛋白被乙酰化的水平大幅降低了。由于乙酰輔酶A無(wú)法自由地通過(guò)線(xiàn)粒體膜，必須利用檸檬酸這一中間體的形式實(shí)現從線(xiàn)粒體到胞質(zhì)的運輸；而檸檬酸在胞質(zhì)中的分解需要ATP檸檬酸裂解酶（enzyme ATP citrate lyase, ACLY）的參與，研究者向正常細胞培養體系中加入2-羥基檸檬酸鹽（2-dydroxycitrate，2-HC）來(lái)抑制ATP檸檬酸裂解酶從而導致轉運至胞質(zhì)中的檸檬酸無(wú)法正常水解為乙酰輔酶A，利用這一方式來(lái)達到胞質(zhì)內低乙酰輔酶A這一狀態(tài)。實(shí)驗結果顯示，這一抑制過(guò)程展現出和胞高鉀離子類(lèi)似的實(shí)驗結果：和效應T細胞功能相的基因的啟動(dòng)子乙酰化減弱，細胞表型開(kāi)始向“干細胞樣”轉換。簡(jiǎn)而言之，以上實(shí)驗證實(shí)了胞外高鉀環(huán)境可以使T細胞發(fā)生代謝模式的轉變，而代謝模式的轉變影響了胞質(zhì)內乙酰輔酶A的含量，低水平的乙酰輔酶A影響了特定基因的轉錄水平，故而展現出其細胞表型被“鎖”在了“干細胞樣”狀態(tài)。

       在動(dòng)物實(shí)驗上也同樣展示出令人振奮的結果：胞外高鉀離子條件下培養出的T細胞回輸到接種黑色素瘤的小鼠體內后展現出很好的控制腫瘤效果——空白對照組20天內全部死亡，正常對照組30天存活率僅為約20%，而高K+組30天的小鼠存活率高達100%。用2-HC進(jìn)行干預處理的T細胞在小鼠實(shí)驗上也展現出同樣優(yōu)異的腫瘤控制效果：正常對照組50天小鼠存活率為0%，而實(shí)驗組50天小鼠存率高達100%。除此之外，兩者在腫瘤面積上也展現出非常好的控制效果。

       通常大家都很容易忽略類(lèi)似于鉀離子水平這樣非常基礎性的細胞培養條件，但這項研究恰恰是從這樣一個(gè)基礎性的因素著(zhù)手，研究了胞外高鉀離子對T細胞的影響并探明了其背后的機理，也從這一角度解答了TIL無(wú)能的原因之一，并向我們展示了這類(lèi)環(huán)境中所導致的“干細胞樣”T淋巴細胞在抗腫瘤方面的巨大潛能，同時(shí)也為如何打破腫瘤免疫抑制提供了新思路。

完整原文及數據，參見(jiàn) Vodnala, S.K., et al., T cell stemness and dysfunction in tumors are triggered by a common mechanism. Science, 2019. 363(6434).