光代谢重编程CD8+ T细胞增强STING驱动肿瘤根除与转移预防的协同策略

《Advanced Science》：Light Metabolically Reprograms CD8+ T Cells to Potentiate STING-Driven Tumor Eradication and Prevent Metastasis

本研究创新性地提出低强度光（LLL）疗法与纳米级干扰素基因刺激因子（STING）激动剂（nanoSTING@Mn）的协同策略，通过代谢重编程肿瘤浸润CD8+ T细胞和自然杀伤（NK）细胞，显著增强STING通路驱动的抗肿瘤免疫应答。该方案不仅实现局部肿瘤完全消退，更通过鼻内给药将光活化的T细胞定向招募至肺部形成组织驻留记忆T细胞（TRM），建立系统性抗转移免疫屏障，为实体瘤免疫治疗耐药问题提供了突破性解决方案。

　　

1 引言

免疫治疗虽在癌症领域取得突破性进展，但实体瘤治疗仍面临T细胞浸润不足和免疫抑制性肿瘤微环境（TME）两大挑战。细胞毒性CD8⁺ T细胞作为抗肿瘤免疫的核心效应细胞，其功能受线粒体代谢状态严格调控。在缺氧、营养匮乏的TME中，CD8⁺ T细胞易出现线粒体功能障碍，导致耗竭状态特征性的细胞因子分泌减少、增殖能力和细胞毒性下降。STING激动剂如ADU-S100虽能激活先天免疫并促进T细胞浸润，但单独使用难以维持持久抗肿瘤应答。

低强度光（LLL）疗法作为一种非侵入性光生物调节技术，能直接靶向线粒体电子传递链复合物I、III和IV，增强ATP合成效率。特别值得注意的是，LLL在缺氧环境下仍能有效提升线粒体功能，这使其特别适合改善TME中CD8⁺ T细胞的代谢适应性。本研究通过构建包封ADU-S100与Mn²⁺复合物的仿生脂质体（nanoSTING@Mn），并联合LLL照射，旨在同时解决T细胞招募和代谢维持两大关键问题。

2 结果

2.1 cGAS-STING通路激活促进CD8⁺ T细胞肿瘤浸润

在T细胞淋巴瘤（EL4）模型中，nanoSTING@Mn通过协同激活cGAS（Mn²⁺依赖）和STING（ADU-S100依赖）通路，显著提升I型干扰素（IFN-β）、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、C-X-C motif趋化因子10（CXCL10）等细胞因子表达。与游离STING激动剂相比，纳米制剂使肿瘤内CD8⁺ T细胞浸润增加3.2倍，同时诱导单极化为M1样巨噬细胞（高表达CD86、产生活性氧物种ROS），并抑制调节性T细胞（Treg）分化。单细胞RNA测序（scRNA-seq）显示，nanoSTING@Mn处理组单核细胞标志基因Ly6c1、Ccr2显著上调，而M2型巨噬细胞标志物Mrc1下调。

2.1.1 LLL维持CD8⁺ T细胞功能与线粒体质量

虽然nanoSTING@Mn能有效招募CD8⁺ T细胞，但至第12天时T细胞频率下降约50%。而联合应用810nm LLL（3 J cm^-2）照射肿瘤和引流淋巴结（dLNs），可使CD8⁺ T细胞维持率提高3.5倍，线粒体质量（MitoTracker Red染色）增加4.5倍。肿瘤体积监测显示，双重治疗使肿瘤生长抑制率达5.2倍，并实现完全消退。

2.1.2 LLL上调CD8⁺ T细胞功能相关基因表达

scRNA-seq分析揭示，LLL处理显著富集CD8⁺ T细胞和NK细胞群体。基因集富集分析（GSEA）显示，LLL特异性上调T细胞活化、增殖、ATP生物合成和线粒体活性相关基因。热图分析证实细胞色素c氧化酶亚基（Cox5b、Cox7c）、ATP合酶组分（Atp5e、Atp5l）等OXPHOS关键基因表达提升。点图分析进一步显示，LLL促进记忆相关标志物（Cd44、Il7r、Cd27）、细胞毒性效应分子（Prf1、Nkg7）及组织驻留标志（Itgae/Cd103）的表达。

2.1.3 LLL特异性扩增祖细胞样耗竭T细胞（Tpex）

通过无监督聚类识别出4个CD8⁺ T细胞亚群：CD8-1（初始态）、CD8-2（活化态）、CD8-3（Tpex）、CD8-4（中央记忆态）。其中CD8-3亚群高表达T细胞因子1（Tcf-1）、Slamf6等干细胞样标志物，且LLL处理使该群体扩增1.7倍。值得注意的是，Tpex细胞同时高表达活化标志CD69、细胞毒性分子穿孔素（Prf1）和线粒体生物发生调控因子Foxo1，呈现独特的"活化-记忆"混合表型。

2.1.4 LLL增强NK细胞功能

LLL使肿瘤内NK细胞比例提升2.5倍，并上调颗粒酶A（Gzma）、NKG2D（Klrk1）等细胞毒性相关基因。流式细胞术验证显示，第20天时NK细胞浸润仍维持1.9倍增加，表明LLL对先天免疫细胞具有持久激活效应。

2.2 鼻内nanoSTING@Mn招募T细胞预防肺转移

在原发性肿瘤消除后，通过鼻内给予nanoSTING@Mn可将光活化的CD8⁺ T细胞招募至肺部。与TLR3激动剂poly I:C相比，nanoSTING@Mn能更有效激活肺上皮细胞STING通路，诱导CXCL9、CCL3等趋化因子产生。间隙连接阻断剂甘珀酸（CBX）处理可显著抑制T细胞招募，证实该过程依赖于细胞间通讯。招募的T细胞分化为CD69⁺CD103⁺ T_RM细胞，在静脉再次攻击实验中完全阻止EL4细胞肺定植。提前两周给予鼻内nanoSTING@Mn可建立更持久的免疫记忆，至第70天时肺内CD8⁺ T细胞仍维持较高水平。

3 讨论

本研究创新性地整合光能代谢调节与先天免疫激活策略，突破传统免疫治疗代谢限制。LLL通过直接增强线粒体OXPHOS效率，克服TME代谢压力导致的T细胞耗竭；而nanoSTING@Mn不仅重塑肿瘤免疫景观，更通过黏膜递送实现抗原非依赖性T细胞部署。特别值得注意的是，该方案选择性扩增具有自我更新能力的Tpex细胞亚群，为持久抗肿瘤免疫提供细胞储备。这种"局部激活-系统部署"的双重策略为转移预防开辟了新途径，且LLL的非侵入特性使其具有显著临床转化优势。

4 实验方法

研究使用C57BL/6小鼠EL4淋巴瘤模型，通过瘤内注射nanoSTING@Mn（含5μg ADU-S100）联合810nm LLL照射（3 J cm^-2）。免疫细胞分析采用流式细胞术和scRNA-seq（10x Genomics平台）。肺转移预防实验中，鼻内给予15μg nanoSTING@Mn，通过组织学检查和免疫荧光评估转移灶和T_RM细胞形成。统计学分析采用单因素/双因素方差分析，实验重复至少两次。