灣區(qū)時訊  腫瘤微環(huán)境中T細胞效應功能的喪失是免疫治療失敗的主要原因之一。代謝適應對T細胞功能和命運具有重要的調(diào)控作用。線粒體能量代謝受到多種線粒體行為的影響，包括線粒體融合和線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連，而目前人們對腫瘤浸潤CD8⁺T細胞（TIL）線粒體行為的特性和意義知之甚少。

中山大學腫瘤防治中心高嵩研究員課題組致力于研究線粒體融合機制及其在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的意義。在以往的工作中解析了線粒體外膜融合蛋白MFN1和MFN2片段的結(jié)構(gòu)和作用機制。2023年9月22日，高嵩課題組聯(lián)合泌尿外科韓輝主任醫(yī)師，以及北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心(BIOPIC)白凡教授團隊在Science Immunology期刊上在線發(fā)表了題為“MFN2- SERCA2介導的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦聯(lián)促進腫瘤浸潤CD8⁺T細胞的代謝適應和效應功能”的研究論文（點擊文末閱讀原文查看），揭示了MFN2介導的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連在CD8⁺TIL中的重要意義，并提出通過提升MFN2水平改善腫瘤免疫治療效果的新策略。

研究者首先在中山大學腫瘤防治中心腎透明細胞癌（ccRCC）隊列和公共數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)CD8⁺TIL中MFN2高表達的患者預后更好。通過單細胞測序發(fā)現(xiàn)MFN2在CD8⁺T細胞激活后表達上調(diào)，并與更強的效應功能和線粒體氧化磷酸化能力相關(guān)。為了深入驗證MFN2對T細胞抗腫瘤功能的影響，研究者構(gòu)建了T細胞中特異性敲除MFN2的條件性敲除小鼠，發(fā)現(xiàn)MFN2缺失會導致T細胞在腫瘤微環(huán)境中的效應功能、增殖和存活能力受損。進一步通過轉(zhuǎn)錄組測序和腫瘤細胞生物學實驗發(fā)現(xiàn)：MFN2敲除導致的CD8⁺T細胞線粒體代謝功能下調(diào)是導致其抗腫瘤功能受損的重要原因。

MFN2的生物學功能包括兩方面：介導線粒體融合以及線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連，二者均可直接影響線粒體代謝。根據(jù)超分辨熒光共聚焦顯微鏡和透射電鏡結(jié)果，有意思的是：Mfn2^-/- CD8⁺TIL的線粒體融合并未受明顯影響，而線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連水平則顯著下降。與此相應的是，Mfn2^-/- CD8⁺TIL中線粒體Ca²⁺水平明顯降低。這些結(jié)果初步表明，MFN2介導的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連及其介導的線粒體Ca²⁺內(nèi)流對于CD8⁺TIL的線粒體代謝和效應功能起著重要作用。研究者進一步探究了MFN2經(jīng)典的促線粒體融合功能在CD8⁺TIL中不占主導作用的原因。實驗發(fā)現(xiàn)TIL活化后，MFN2與線粒體分裂蛋白DRP1同時上調(diào)，后者可能抵消了MFN2上調(diào)介導的線粒體融合效果。因此，CD8⁺TIL主要依賴MFN2介導的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連來維持良好的有氧代謝功能。

MFN2介導線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連的機制目前尚有爭議。既往研究指出除了經(jīng)典的線粒體外膜定位外，MFN2還可能存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位，進而通過同源互作介導該過程。而在本研究中，研究者通過細胞組分分析實驗發(fā)現(xiàn)T細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上并無MFN2。研究者純化出全長MFN2蛋白，與T細胞裂解物共孵育后通過LC-MS/MS實驗鑒定了潛在與MFN2互作的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白—SERCA2，隨后應用多種實驗手段證實了MFN2和SERCA2的相互作用。

線粒體中適量的Ca²⁺可以促進有氧代謝，而Ca²⁺過量則會引發(fā)細胞凋亡。通過體內(nèi)外酶活和重組脂質(zhì)體等實驗，研究者發(fā)現(xiàn)，MFN2與SERCA2的互作可刺激SERCA2的Ca²⁺-ATP酶活性，從而將線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)連接處的Ca²⁺回收入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。為進一步證實上述過程，研究者使用線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)連接肽在T細胞中模擬持續(xù)的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連。相比野生型細胞，Mfn2^-/- CD8⁺T細胞在連接肽的介入下發(fā)生了顯著的線粒體Ca²⁺過載，凋亡增加，抗腫瘤功能下降。因此，MFN2-SERCA2互作體現(xiàn)出雙重作用：一方面，二者的物理互作促進線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的耦聯(lián)，另一方面，MFN2對SERCA2酶活的調(diào)節(jié)建立了一個Ca²⁺線粒體轉(zhuǎn)運的緩沖系統(tǒng)，避免了線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦聯(lián)情況下線粒體內(nèi)Ca²⁺的過載，從而維持線粒體鈣穩(wěn)態(tài)，防止CD8⁺T細胞凋亡。隨后，研究者通過一系列動物實驗深入論證了MFN2-SERCA2互作介導的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連對腫瘤微環(huán)境中CD8⁺T細胞效應功能的重要意義。

最后，研究者探索了上述生物學機制的腫瘤治療價值。研究者發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境可抑制CD8⁺T細胞的MFN2表達、線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連、生存、線粒體代謝和效應功能；過表達MFN2則可增強CD8⁺T細胞對腫瘤微環(huán)境的適應能力。利用抗原特異性CD8⁺T細胞回輸重建免疫的腎透明細胞癌PDX小鼠、OT-I小鼠和C57BL/6小鼠模型，研究者發(fā)現(xiàn)提升T細胞中MFN2的水平可顯著增強其抗腫瘤功能，并提升PD-1抗體治療的效果。

綜上所述，本研究通過臨床標本驗證、單細胞測序、轉(zhuǎn)基因小鼠模型、細胞生物學和生物化學等多種技術(shù)手段，揭示了MFN2/SERCA2介導線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連的機制，及其對CD8⁺T細胞在腫瘤微環(huán)境中代謝適應和抗腫瘤效應功能的關(guān)鍵作用。靶向線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連這一細胞器互作事件是改善現(xiàn)有免疫療法的一種有意義的途徑。這些研究結(jié)果有助于我們更好地理解腫瘤免疫過程，并為癌癥患者的治療提供新的策略。

中山大學腫瘤防治中心、華南惡性腫瘤防治全國重點實驗室高嵩研究員和泌尿外科韓輝主任醫(yī)師，北京大學BIOPIC白凡教授為論文的共同通訊作者。中山大學腫瘤防治中心楊杰鋒博士、羅麗博士，北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心邢旭東博士，中山大學附屬第一醫(yī)院研究生周昕煒為本文并列第一作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東特支計劃等項目的支持。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciimmunol.abq2424

通訊員/陳鋆 趙現(xiàn)廷

編輯/劉秀