靶向碳酸氢盐转运体SLC4A4可克服胰腺癌的免疫抑制和免疫治疗抗性

论文ID

题目：Targeting the bicarbonate transporter SLC4A4 overcomes immunosuppression and immunotherapy resistance in pancreatic cancer

期刊：Nature Cancer

IF：23.177

发表时间：2022年12月15日

通讯作者单位：鲁汶大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s43018-022-00470-2

主要内容：

胰腺导管细胞从血液中运输碳酸氢盐到胰液。一项研究表明，胰腺癌保留了SLC4A4介导的碳酸氢盐进口，以通过增强糖酵解助长癌症生长，并建立一个有利于肿瘤的免疫微环境。靶向SLC4A4可缓解酸中毒，并可与检查点阻断结合使用。

癌症的代谢反映了它的起源组织。在本期《自然-癌症》杂志中，Mazzone及其同事提供了一个优雅的例子，说明胰腺癌与外分泌胰腺特有的途径合作，促进了肿瘤的生长。通常被认为是胰腺导管腺癌(PDAC)的起源细胞的胰岛细胞，产生消化酶分泌到胰腺导管中。胰管细胞帮助维持胰管空间的碱性pH值，以防止自我消化和粘性粘液的积累，粘性粘液会堵塞胰管并阻止胰液正常流向十二指肠。胰管细胞主要调节离子和水的运输，以产生碳酸氢盐含量为140 mM、pH值为8.0-8.5的胰液，从而使消化酶处于非活性状态，直到液体到达十二指肠并与胃酸混合。碳酸氢盐在管道细胞中的运输涉及一系列的运输器（图1）。具体来说，在基底表面，转运体SLC4A4从间质液中输入钠和碳酸氢盐，其化学计量为一钠比三碳酸氢盐。细胞液中的碳酸酐酶将扩散通过质膜的二氧化碳转化为碳酸氢盐。在顶端表面，SLC26家族成员输入氯化物并将碳酸氢盐输出到管腔空间。通道蛋白CFTR通常因其在氯离子输出中的作用而被认可，它也能在较小的程度上将碳酸氢盐输出到胰腺导管中。更重要的是，CFTR与氯化物-碳酸氢盐交换器SLC26A3和SLC26A6结合，分泌出氯化物，氯化物被重新输入，以换取被泵入腔内的碳酸氢盐。这种紧密调节的碳酸氢盐运输系统穿过极化的导管细胞，使胰液正常流动，并使消化酶得到控制。

炎症和其他对胰腺的损伤可导致尖锐湿疣向导管变态反应（ADM），并伴随着细胞状态的转变，涉及到在导管细胞中表达的转录程序。随着细胞从ADM到非典型导管细胞再到腺瘤的发展，对碳酸氢盐分泌的需求下降，SLC26A3/6和CFTR的表达也下降。同时，癌细胞在致癌性KRAS的促进下，上调糖酵解和谷氨酰胺酵解，以促进生物质的增加。乳酸脱氢酶（LDHA）是糖酵解的一个关键节点，将丙酮酸转化为乳酸并产生两个质子。像大多数酶一样，LDHA可以在两个方向上催化该反应。细胞内H+的积累阻止了丙酮酸向乳酸的进一步转化，从而限制了糖酵解的进行。为了克服这一困难，癌细胞通过MCT运输器将乳酸和H+分泌到细胞外空间。

PDAC细胞不再具有作为碱液挤出器的功能，但保留了输入碳酸氢盐的能力。碳酸氢盐的积累增加了细胞内的pH值（pHi），从而缓冲了来自糖酵解的质子的积累。每个葡萄糖分子产生两个H+，细胞内H+的积累限制了糖酵解的通量。碳酸氢盐的缓冲使糖酵解以更快的速度进行，从而产生更多的乳酸，导致H+/乳酸向间质空间的运输增加，从而降低了细胞外的pH值（pHe）。肿瘤微环境的酸度与恶性细胞的糖酵解能力直接相关，高糖酵解的肝转移瘤和Myc驱动的肿瘤是最酸的。胰腺癌很容易转移到肝脏，在那里它继续进行高比率的糖酵解。

随着pH值的下降和乳酸水平的增加，微环境中的免疫细胞受到极大的影响（图1）。细胞溶解效应的CD8+T细胞变得功能紊乱，停止增殖或产生细胞因子，如IFNγ。相反，高乳酸和低pH值驱动至少三种不同的免疫抑制途径。首先，Foxp3+调节性CD4+T（Treg）细胞表达乳酸盐转运体SLC16A1，输入乳酸盐以促进生物量的产生，并更容易增殖。Treg细胞中SLC16a1的条件性缺失会消减Treg细胞在肿瘤中的功能，这表明乳酸盐对Treg细胞抑制功能的重要性。第二，巨噬细胞可因乳酸的存在而转化为产生精氨酸酶的抑制性巨噬细胞，这是产生肿瘤相关巨噬细胞的一个主要机制。第三，我们现在对含有组氨酸残基并被低pH值激活的酸敏细胞表面受体有了越来越多的了解。肿瘤中最著名的例子是免疫抑制受体VISTA，它由骨髓细胞和T细胞表达，只有当其组氨酸质子化时才能结合其配体P-选择素糖蛋白配体-1。目前的治疗性抗体在广泛的pH值范围内结合，但酸激活的版本可能能够利用酸度作为一种更有选择性的肿瘤靶向手段。

尽管肿瘤的酸度早已得到重视，但对pH值的治疗操纵一直难以实现。在此，Mazzone及其同事确定Slc4a4是PDAC细胞中最丰富的碳酸氢盐转运体，并使用条件性缺失Slc4a4或小分子抑制剂DIDS2将其作为目标。值得注意的是，这个单一转运体的缺失降低了pHi，增加了pH值。正如多种正交方法所证明的那样，糖酵解也被抑制了。在缺乏SLC4A4的培养细胞中，作者显示3H-葡萄糖与丙酮酸的结合减少，14C-丙酮酸向乳酸的转化减少。他们进一步用海马分析法证明了细胞外酸化率的降低和耗氧量的无变化。总的来说，这些数据令人信服地表明，PDAC肿瘤细胞在没有碳酸氢盐转运体SLC4A4的情况下不能维持高速的糖酵解。在体内，这导致原发性皮下和正位肿瘤的生长减少，自发转移的出现减少，通过门静脉注射时在肝脏的生长速度减少。为了确定糖酵解的减少是否发生在体内，通过31P磁共振光谱测量肿瘤的pH值，结果显示Slc4a4-/-肿瘤的pH值较高，这与体内无法维持高的糖酵解率是一致的。为了更直接地测量小鼠的糖酵解，作者还使用13C-丙酮酸进行了代谢追踪实验，结果显示Slc4a4-/-肿瘤中转化为乳酸的比例下降。最后，直接测量肿瘤间质的乳酸显示，与野生型对照组相比，Slc4a4-/-肿瘤的总乳酸减少。

这种对持续改变的pH值的广泛而彻底的证明是很重要的。由于非离子分子（如二氧化碳）被动扩散通过质膜的能力，以及受pH值自动调节的溶质转运体的数量，操纵肿瘤pH值的其他手段一直很困难。例如，抑制负责从细胞中输出H+/乳酸的MCT1，并不影响乳酸的产生，因为乳酸有能力扩散过膜，而且低pH值对LDHA活性有强烈的抑制作用。过度表达LDHA可以克服这种抑制作用，Mazzone及其同事使用过度表达的LDHA来恢复Slc4a4-/-细胞系的肿瘤生长。这种基因互补实验很好地强调了糖酵解对肿瘤生长的重要性。对于PDAC来说，这暴露了一个独特的弱点：由于与导入碳酸氢盐的导管细胞共享的特性，人们可以破坏癌细胞导入碳酸氢盐的能力，作为颠覆低pHi糖酵解关闭的一种手段。

减少肿瘤细胞中的糖酵解会提高pH值，从而导致对肿瘤免疫微环境的积极影响。在此，Mazzone及其同事使用两种高免疫原性的PDAC模型来证明，在Slc4a4基因缺失或化学抑制的情况下，可以释放出深刻的抗肿瘤免疫力。在Panc02肿瘤中，其高度突变并产生强大的抗肿瘤CD8+T细胞反应，SLC4A4缺失的主要影响似乎是重新激活CD8+T细胞和失去免疫抑制性Treg细胞和巨噬细胞。无论SLC4A4是存在还是不存在，Panc02模型和富含T细胞的KPC肿瘤细胞系在免疫缺陷的裸鼠中的生长都是相同的。然而，这些模型在基线时产生强大的T细胞浸润。更令人印象深刻的是作者使用免疫原性差的KPC.3细胞的发现。免疫力差的肿瘤被定义为那些T细胞浸润非常低的肿瘤，在T细胞耗尽的小鼠中生长相等，对检查点阻断没有反应，并且更能反映出人类PDAC的临床情况10,15。尽管与Panc02或KPC.1相比，在这些免疫原性差的肿瘤中，SLC4A4缺失对肿瘤的控制程度较低，但CD8+T细胞的消融会削弱疗效，这表明减少肿瘤细胞的糖酵解可能对胰腺癌的免疫原性有广泛的作用。

癌细胞具有非凡的可塑性，胰腺癌也不例外。然而，在致癌过程中保持的胰腺导管细胞的一些特征可能代表了关键的代谢弱点。在这里，我们了解到PDAC保留了SLC4A4介导的碳酸氢盐进口，不是为了将碳酸氢盐排泄到胰液中，而是为了防止酸介导的糖酵解关闭。这种涡轮增压的糖酵解助长了癌细胞的生长，并促成了一个高度有利于肿瘤的免疫微环境。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43018-022-00470-2

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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