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肿瘤微环境（TME）影响癌细胞代谢与存活，但免疫和基质细胞对代谢应激的响应及营养限制对治疗的影响尚不明确。研究人员利用双重核糖体分析（DualRP），发现癌 - 成纤维细胞互作可缓解氨基酸短缺，丝氨酸和甘氨酸对 T 细胞功能至关重要，免疫检查点阻断疗法会对 T 细胞施加氨基酸限制，为代谢 - 免疫联合治疗提供策略。
在肿瘤的复杂世界里，肿瘤微环境（TME）如同一个神秘的 "小社会"，癌细胞、免疫细胞、基质细胞等多种细胞在此相互作用。长期以来，科学家们虽知 TME 对癌细胞的代谢和存活起着关键作用，但免疫细胞和基质细胞如何在体内应对代谢压力，以及营养限制对肿瘤治疗效果的影响，一直是笼罩在领域上空的重重迷雾。尤其是 T 细胞，在这个充满挑战的 "环境" 中，其功能很可能受到营养匮乏的严重阻碍，而免疫检查点阻断疗法在应用时，也往往忽视了 T 细胞和癌细胞在 TME 中面临的代谢障碍。因此，深入解析肿瘤不同细胞区室的代谢限制，成为解锁更有效肿瘤治疗策略的关键一把钥匙。
为了揭开这些谜团，德国癌症研究中心（DKFZ）等机构的研究人员开展了一项富有创新性的研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。他们开发了双重核糖体分析技术（DualRP），这一技术就像一台精准的 "细胞代谢探测仪"，能够同时监测多种肿瘤细胞群体的翻译过程和核糖体停滞情况，为研究 TME 中的代谢互作提供了强大的工具。通过该技术，研究团队揭示了肿瘤微环境中细胞间复杂的代谢关联，为理解肿瘤代谢和免疫治疗开辟了新的视野。
研究中，作者主要运用了以下关键技术方法：一是细胞类型特异性的核糖体标记技术，通过基因编辑将 GFP、mCherry 等标签引入核糖体蛋白基因（如 RPL10a、RPS3），实现对不同细胞核糖体的特异性标记；二是核糖体分析（Ribo-Seq），用于检测核糖体占据情况和翻译状态；三是 tRNA - 核糖体关联分析，以评估氨基酸可用性对翻译的影响；四是动物模型，包括免疫 competent 小鼠和 RiboTag 转基因小鼠，用于在体内研究肿瘤微环境中的代谢限制；五是代谢组学和流式细胞术等，用于分析氨基酸代谢和细胞功能。
1. DualRP 实现两种互作细胞核糖体占据研究
研究人员构建了分别表达 GFP-RPL10a 和 mCherry-RPL10a 的乳腺癌细胞（SUM-159PT）和成纤维细胞（MRC5），通过共培养和免疫沉淀技术，成功分离并分析了两种细胞的核糖体保护片段（RPFs）。主成分分析（PCA）证实了 DualRP 的特异性，RPFs 主要定位在编码序列（CDS），具有典型的 3-nt 周期性和起始密码子富集特征。此外，在丝氨酸 / 甘氨酸饥饿条件下，观察到核糖体与 tRNA 的关联率下降，且与细胞生长呈正相关，表明 DualRP 可同时研究互作细胞的核糖体占据和 tRNA - 核糖体相互作用。
2. 异质性细胞互作通过 Ⅰ 型干扰素信号恢复 tRNA 氨基酰化率
在葡萄糖饥饿条件下，单独培养的癌细胞在丙氨酸、甘氨酸和缬氨酸密码子处出现核糖体停滞，而共培养时丙氨酸和甘氨酸短缺明显缓解。进一步研究发现，共培养诱导了 Ⅰ 型干扰素（IFN-I）信号通路激活，上调溶酶体相关基因表达，增强溶酶体蛋白水解能力。STAT1 敲除或 LYSET 缺失均导致溶酶体功能受损，无法恢复 tRNA 氨基酰化率，表明 IFN-I 介导的溶酶体氨基酸循环是异质性细胞互作缓解氨基酸限制的关键机制。
3. DualRP 揭示 TME 不同细胞区室的特异性代谢限制
利用 RiboTag 小鼠和 GFP 标记的肿瘤细胞（E0771），研究人员在体内实现了肿瘤细胞和 T 细胞的核糖体分析。免疫检查点阻断疗法（αPD1）导致 T 细胞区室在丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸和天冬氨酸密码子处出现核糖体停滞，而癌细胞无明显富集。体外实验表明，丝氨酸 / 甘氨酸缺乏显著降低 CD8+ T 细胞的细胞毒活性和效应细胞因子（IFNγ、颗粒酶 B）表达，补充丝氨酸可逆转这一效应。代谢示踪显示，激活的 T 细胞通过葡萄糖从头合成丝氨酸和甘氨酸，而肿瘤细胞的合成能力在共培养时下降。
4. 丝氨酸和甘氨酸对免疫治疗效果至关重要
临床数据分析显示，PHGDH（丝氨酸合成关键酶）表达与肿瘤患者预后相关，低 PHGDH 表达削弱高细胞毒性 T 淋巴细胞（CTL）评分的生存获益。基因敲除实验表明，PHGDH 或 SHMT1 缺失导致 T 细胞细胞毒活性和效应因子分泌显著下降，tRNA 氨基酰化率降低。在小鼠模型中，丝氨酸 / 甘氨酸缺乏饮食显著削弱 αPD1 的抗肿瘤效果，提示系统性丝氨酸和甘氨酸供应是免疫治疗成功的关键。
这项研究通过 DualRP 技术首次在体内外实现了肿瘤微环境中多细胞群体代谢限制的同步分析，揭示了癌 - 基质细胞互作通过 IFN-I 信号增强溶酶体氨基酸循环的新机制，明确了丝氨酸和甘氨酸在 T 细胞功能及免疫治疗中的关键作用。研究结果不仅深化了对肿瘤微环境代谢互作的理解，也为开发代谢 - 免疫联合治疗策略提供了直接的实验依据，例如通过调节丝氨酸 / 甘氨酸代谢或增强溶酶体功能来增强 T 细胞活性，克服免疫治疗耐药性。未来，DualRP 技术有望进一步应用于解析其他疾病微环境中的细胞代谢互作，推动精准医学的发展。
