免疫細胞代謝物如何影響抗腫瘤免疫反應?

理化學研究所于11月10日宣布發現了一種抗腫瘤免疫機制，其目標是來自B細胞的γ-氨基丁酸(GABA)。 該研究由理化學研究所生物醫學研究與創新中心粘膜免疫研究小組組長西德尼-法加拉桑和京都大學醫學研究生院癌癥免疫學中心的博士后研究員赤城浩領導的聯合研究小組進行。 該研究結果已發表在《自然》雜志的網絡版上。

生命的維持需要新陳代謝，這涉及能量的獲取和生物成分的合成或分解。 代謝途徑的平衡對組織和細胞的正常運作很重要，而這些途徑的異常可能導致疾病，如糖尿病和腫瘤。

免疫細胞可分為先天性免疫細胞(如單核細胞和巨噬細胞)和獲得性免疫細胞(T細胞和B細胞)，但它們的代謝途徑的特點還沒有明確的認識。 近年來，人們已經清楚地認識到，代謝途徑的產物不僅僅是用于化學反應的中間產物，而且還具有特定的生物活性并調節細胞功能。 然而，它們的分子機制仍然不清楚。

在這項研究中，研究小組著重研究了通過代謝物對免疫細胞功能的調節，并研究了免疫細胞中代謝途徑的特點對抗腫瘤免疫反應的影響。

小鼠的炎癥通過激活外周B細胞刺激GABA的合成

首先，研究小組引入足底接種模型，尋找免疫細胞的代謝途徑特點，并對野生型小鼠、T細胞缺陷小鼠、B細胞缺陷小鼠以及同時缺乏成熟T細胞和成熟B細胞的小鼠接種和未接種的淋巴結進行代謝組學分析。 結果顯示，與未接種的淋巴結相比，野生型小鼠接種的淋巴結中丙氨酸、天門冬氨酸和谷氨酰胺代謝途徑的代謝物濃度明顯改變，其中參與谷氨酰胺代謝途徑的γ-氨基丁酸(GABA)明顯增加。

此外，在接種后對野生型小鼠和免疫細胞缺陷的小鼠進行比較發現，當B細胞缺乏時，GABA明顯減少。 此外，類風濕性關節炎患者的血漿GABA濃度與疾病活動評估得分和血漿自身抗體(抗環瓜氨酸肽)濃度呈正相關，表明B細胞的激活促進了外周的GABA合成。

B細胞從谷氨酰胺中合成GABA并分泌到細胞外

接下來，我們測量了從不同組織中分離出來的T細胞和B細胞中的GABA濃度，發現B細胞系，特別是小腸的IgA陽性漿細胞，含有高濃度的GABA。 為了闡明B細胞中GABA的合成機制，用谷氨酰胺同位素(13C-谷氨酰胺)示蹤法對培養板中受刺激的活T細胞和B細胞的培養液上清液進行了分析。 結果顯示，人類和小鼠B細胞在細胞內從谷氨酰胺合成GABA，并在細胞外分泌。

用GABA處理的B細胞缺陷小鼠的腫瘤生長，用GABA-A受體拮抗劑抑制腫瘤

基于先前發現B細胞缺陷小鼠表現出強烈的抗腫瘤免疫反應，研究人員通過給B細胞缺陷小鼠注射能夠逐漸釋放GABA的顆粒，并測量小鼠結直腸癌MC38、腫瘤浸潤性CD8陽性T細胞(TICD8)、腫瘤相關巨噬細胞(TMC)和腫瘤相關巨噬細胞(TMC)的生長速度，研究了GABA的作用。 腫瘤相關的巨噬細胞(TAMs)，分別。 結果顯示，在B細胞缺乏的小鼠中，GABA處理導致腫瘤組織增加，TICD8的殺傷能力下降，以及TAMs分化為抗炎表型。

此外，給植入腫瘤的野生型小鼠服用GABA-A受體拮抗劑(picrotoxin)，可部分抑制腫瘤生長，并導致TICD8和TAMs的抗炎表型，表明GABA部分通過GABA-A受體抑制了抗腫瘤免疫反應。

抑制 "B細胞派生 "的GABA合成，通過增強TICD8來抑制腫瘤大小

接下來，由于TAMs主要是由單核細胞分化而來的巨噬細胞，我們測試了GABA是否對從單核細胞到巨噬細胞的分化過程有直接影響。 在體外分離的人類或小鼠單核細胞，在GABA存在下分化成巨噬細胞，發現其細胞增殖和活力增加，抗炎標志物葉酸受體β的表達增強。 當用白細胞介素-10(IL-10)刺激時，巨噬細胞的抗炎表型也被GABA所增強。 當這些巨噬細胞與CD8陽性T細胞共同培養時，它們殺死T細胞的能力和功能受到抑制。

最后，為了研究B細胞衍生的GABA對抗腫瘤免疫反應的影響，我們產生了缺乏B細胞特異性GABA合成酶GAD67的小鼠并進行了腫瘤接種實驗。 結果顯示，GAD67缺陷小鼠的腫瘤大小被明顯抑制，TICD8的腫瘤殺傷能力得到增強。

期待通過GABA調控對癌癥和自身免疫性疾病等新療法進行治療

這些結果表明，B細胞衍生的GABA通過誘導單核細胞分化為抗炎巨噬細胞而抑制了抗腫瘤免疫反應。

這項研究揭示了以小分子代謝物為中心的抗腫瘤免疫的部分機制。 該研究小組現在將致力于開發調節GABA或類似代謝物的藥物，以控制腫瘤、自身免疫性疾病和感染的免疫反應。