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北京协和医学院再发Science子刊，揭示乳酸通过干扰GLUT10功能破坏CD8+T细胞的活化和抗肿瘤免疫作用
Highlights
1. GLUT10是CD8+T细胞在抗肿瘤免疫应答中葡萄糖摄取所必需的转运蛋白
2. 肿瘤微环境中乳酸通过直接与GLUT10结合来抑制CD8+T细胞的葡萄糖摄取和糖酵解
3. 设计了模拟肽PG10.3来阻断乳酸与GLUT10的结合
近日，“Science Translational Medicine”（IF=15.8）上发表了一篇题为“Activation and antitumor immunity of CD8+ T cells are supported by the glucose transporter GLUT10 and disrupted by lactic acid”的文章。这篇文章探讨了葡萄糖转运蛋白GLUT10在CD8+T细胞活化和抗肿瘤免疫中的作用，以及乳酸如何通过干扰GLUT10的功能来破坏这一过程。
研究背景介绍
GLUT10是一种葡萄糖转运蛋白，属于SLC2A家族成员之一，具有高亲和力地将葡萄糖从血液中转运到细胞内。
CD8+T细胞，也称为细胞毒性T淋巴细胞，是免疫系统的关键组成部分，它们能够识别并杀死被病毒感染或癌变的细胞。
研究思路分析
研究技术路线图
01GLUT10在CD8+ T细胞活化中的作用
①通过分析黑色素瘤患者肿瘤样本单细胞RNA测序数据，发现CD8+T细胞的糖酵解相关基因表达在接受抗PD-1免疫治疗有反应的患者中更高。而小鼠模型中，GLUT10在CD8+T细胞活化时表达上调，并在肿瘤浸润性淋巴细胞中显著增加，且CD8+T细胞比肿瘤细胞表现出更高的GLUT10表达。数据库分析显示，在皮肤黑色素瘤和结肠腺癌患者中，CD8+T细胞的GLUT10 mRNA表达高于相应正常组织。
②构建T细胞中特异性敲除GLUT10的CD4creGlut10fl/fl小鼠。研究发现，GLUT10的敲除并未影响胸腺中T细胞的发育，但CD4creGlut10fl/fl小鼠中CD8+T细胞的总数减少。GLUT10缺陷的CD8+T细胞在激活和增殖方面受损。在抗肿瘤实验中，GLUT10的缺失抑制了激活的CD8+T细胞的肿瘤杀伤能力。
③研究发现，GLUT10敲除后，激活的CD8+T细胞中与糖酵解、PI3K-AKT-mTOR信号通路、TNF-α信号通路和炎症反应通路相关的基因表达减少。荧光探针实验发现，GLUT10的缺失并不影响静息状态下CD8+T细胞的葡萄糖摄取，但在激活后会导致葡萄糖摄取不足。此外，GLUT10缺陷的CD8+T细胞在激活后其基础糖酵解速率和糖酵解能力均降低。
02乳酸对CD8+T细胞功能的抑制作用
①研究发现，GLUT1敲除的肿瘤细胞可减少对葡萄糖的摄取，增加环境中葡萄糖浓度，从而略微增强CD8+T细胞的杀伤功能。而补充葡萄糖并未显著改善CD8+T细胞的功能。此外，肿瘤细胞产生的乳酸（LA）在TME中积累，抑制CD8+T细胞的葡萄糖摄取和功能。通过敲减肿瘤细胞的乳酸脱氢酶A（LDHA）来减少LA的产生，可以增强CD8+T细胞的抗肿瘤免疫反应。
②研究发现，LA处理通过影响GLUT10功能减少了CD8+T细胞内葡萄糖-6-磷酸和UDP-葡萄糖在内的多种代谢物的水平，降低了CD8+T细胞的葡萄糖摄取和代谢。此外，LA通过MCT1依赖的方式影响CD8+T细胞的葡萄糖摄取和效应功能，而GLUT10的缺失使得CD8+T细胞对LA的敏感性降低。
③研究发现，LA对CD8+T细胞功能的影响依赖于微环境状态，具有环境特异性可塑性。在肿瘤间质液（TIF）中LA浓度远高于血浆，且高浓度的外源性LA处理增加了细胞内乳酸的积累，促进了LA进入TCA循环。
④通过构建GLUT10的截断突变体，发现GLUT10的IR6区域对于乳酸和葡萄糖的结合都至关重要，且删除IR6区域的GLUT10突变体在葡萄糖转运动力学上表现较差。
03治疗策略的开发与验证
①研究显示，GLUT10的IR6区域在与乳酸的结合中起着关键作用，并且这一区域在GLUT家族成员中并不保守。通过设计模拟IR6区域的肽段（PG10.3），发现它能够干扰乳酸与GLUT10的结合，并恢复葡萄糖的摄取。
②实验显示，PG10.3能够缓解乳酸对CD8+T细胞葡萄糖摄取、增殖和GZMB表达的抑制作用。在体内实验中，PG10.3处理增加了CD8+T细胞在肿瘤中的浸润、葡萄糖摄取、GZMB表达和增殖，从而增强了CD8+T细胞对肿瘤的免疫反应。
③研究发现，仅恢复TME中的葡萄糖浓度不足以完全恢复CD8+T细胞的抗肿瘤功能。而PG10.3与GLUT1基因敲除或GLUT1抑制剂WZB117的联合使用，相比单一治疗，更能显著抑制B16肿瘤的生长，并增强CD8+T细胞在TME中的浸润、葡萄糖摄取、增殖和效应功能。此外，PG10.3与抗PD-1抗体的联合治疗比单一治疗更有效地抑制了肿瘤生长，并增强了CD8+T细胞的浸润、葡萄糖摄取、效应功能和增殖。
图1. GLUT10丰度在活化和肿瘤浸润的CD8+T细胞中增加
图2. GLUT10在T细胞中缺失抑制了CD8+T细胞的活化并降低了其细胞毒性
图3. GLUT10是活化CD8+T细胞中葡萄糖摄取和糖酵解所必需的
图4. 肿瘤细胞衍生的乳酸抑制CD8+T细胞的葡萄糖摄取，并影响其抗肿瘤功能
图5. 乳酸通过抑制GLUT10功能抑制CD8+T细胞的葡萄糖摄取和效应功能
图6. 乳酸直接结合GLUT10并调节其活性
图7. 阻断乳酸与GLUT10的结合恢复了CD8+T细胞的葡萄糖摄取和激活
图8. PG10.3在体内增强了CD8+T细胞的抗肿瘤免疫反
结论与讨论
研究发现，GLUT10的表达在活化的CD8+T细胞中上调，并且其缺失会抑制T细胞的葡萄糖摄取和糖酵解过程，从而降低T细胞的增殖和抗肿瘤能力。此外，肿瘤微环境中的LA通过直接结合GLUT10，干扰了T细胞的葡萄糖摄取，而使用模拟肽PG10.3阻断这一结合能够恢复T细胞的葡萄糖利用和抗肿瘤功能。
尽管研究已经确定了GLUT10在T细胞活化中的重要性，但对于GLUT10的具体作用机制和其在不同肿瘤类型中的表达差异仍需进一步研究。未来的工作将探索GLUT10的药理学特性和毒性，以及模拟肽PG10.3在增强肿瘤免疫治疗中的应用潜力。