《Cancer Letters》：CAR-T Cell Exhaustion in cancer Over the Past Decade: Mitochondrial Metabolism as a Target for Counteraction
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本综述系统阐述了CAR-T细胞疗法面临的临床挑战，特别是T细胞耗竭现象，并深入探讨了靶向线粒体代谢（如OXPHOS、FAO）以增强CAR-T细胞持久性和抗肿瘤功能的新策略。文章重点分析了肿瘤微环境（TME）的代谢抑制、联合疗法障碍以及生产工艺优化，强调了通过代谢重编程（如使用IL-7/IL-15、基因编辑技术、抗氧化剂等）逆转耗竭的潜力，为开发下一代更有效的CAR-T疗法提供了重要见解。
CAR-T细胞疗法的挑战与线粒体代谢的机遇
引言
嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法已成为癌症免疫治疗领域的一项变革性进展，但在其临床应用中仍面临多重挑战，其中T细胞耗竭是限制其疗效的关键障碍。近年来，研究表明靶向线粒体代谢为缓解耗竭、增强CAR-T细胞持久性提供了一条充满希望的途径。
CAR-T疗法面临的挑战
1. 肿瘤微环境（TME）的屏障作用
免疫抑制性的TME是阻碍CAR-T细胞疗效的主要因素，尤其在实体瘤中。这个复杂的生态系统包含免疫细胞、致密的细胞外基质（ECM）、异常的血管系统以及多种信号分子。肿瘤细胞通过沃伯格效应（Warburg effect）进行代谢重编程，大量消耗葡萄糖等营养物质，导致TME中营养匮乏和乳酸堆积，从而引起代谢应激，损害CAR-T细胞功能。线粒体功能障碍，表现为线粒体膜电位（MMP）降低和活性氧（ROS）水平升高，进一步加速了CAR-T细胞的功能衰竭。此外，TME中的免疫抑制细胞，如调节性T细胞（Tregs）、髓源性抑制细胞（MDSCs）和M2型巨噬细胞，通过分泌抑制性细胞因子（如IL-10、TGF-β）和消耗必需氨基酸等方式抑制CAR-T细胞。ECM形成的物理屏障和异常血管系统导致的缺氧环境，也共同限制了CAR-T细胞的浸润和功能。
2. 联合疗法的局限性
将CAR-T与免疫检查点抑制剂（ICIs）、放疗（RT）或化疗（CT）等联合应用是增强疗效的策略，但也带来新问题。例如，放疗在杀伤肿瘤的同时，可能诱导免疫抑制性TME，增加TGF-β水平和Tregs浸润，并产生大量线粒体ROS（mtROS），从而促进CAR-T细胞耗竭。某些化疗药物会损害T细胞线粒体代谢，影响其体外扩增能力和体内持久性。细胞因子（如IL-15）的联合使用虽能增强CAR-T功能，但也与严重的细胞因子释放综合征（CRS）和免疫效应细胞相关神经毒性综合征（ICANS）风险增加相关。
3. 生产工艺与靶点异质性的障碍
CAR-T细胞的生产过程存在挑战，例如从经过大量预治疗的患者体内获取高质量T细胞困难，体外扩增过程中早期记忆T细胞亚群的丢失，以及漫长的制造周期可能导致患者疾病进展。此外，肿瘤相关抗原（TAAs）的高度异质性，包括抗原丢失或表达下调，是导致治疗抵抗和肿瘤免疫逃逸的主要原因。
靶向线粒体代谢的对策
1. 对抗TME的代谢策略
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免疫检查点与代谢重编程： PD-1/PD-L1信号通路通过抑制糖酵解和线粒体功能导致T细胞耗竭。使用PD-1/PD-L1抑制剂可以解除这种抑制，恢复T细胞代谢和杀伤功能。此外，PD-1信号还能直接影响线粒体动力学，抑制动力相关蛋白1（DRP1）的磷酸化，导致线粒体形态异常和功能受损。
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清除免疫抑制代谢物： TME中积累的腺苷和乳酸是重要的抑制因子。通过工程化改造使CAR-T细胞过表达腺苷脱氨酶（ADA），可以将腺苷转化为肌苷，从而减轻腺苷介导的免疫抑制。抑制乳酸脱氢酶A（LDHA）可以减少乳酸生成，改善TME的酸性环境。
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削弱免疫抑制细胞功能： MDSCs和Tregs等免疫抑制细胞依赖特定的代谢途径维持其功能。使用2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）抑制MDSCs的糖酵解，或使用埃托莫司（Etomoxir）抑制Tregs的脂肪酸氧化（FAO），可以削弱其免疫抑制能力，间接增强CAR-T细胞的活性。
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改善缺氧与营养竞争： 通过体外培养策略，如葡萄糖限制或在富含精氨酸的培养基中扩增T细胞，可以促使CAR-T细胞代谢从糖酵解转向更持久的氧化磷酸化（OXPHOS），从而促进具有记忆表型和更强持久性的T细胞亚群（如中央记忆T细胞-TCM、干细胞样记忆T细胞-TSCM）的形成。使用二甲双胍抑制线粒体复合物I，能减少mtROS，保护CD8+T细胞在缺氧压力下的存活和功能。
2. 缓解联合疗法副作用的策略
放疗和化疗引起的氧化应激是损害CAR-T细胞的重要因素。应用靶向线粒体的抗氧化剂，如米托醌（MitoQ）、N-乙酰半胱氨酸（NAC）或烟酰胺核糖（NR），可以清除过量mtROS，恢复线粒体氧化还原平衡，保护CAR-T细胞免受损伤，增强其在联合治疗中的持久性和疗效。
3. 优化CAR-T细胞生产的代谢干预
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细胞因子调控： 在体外培养过程中加入白细胞介素-7（IL-7）、IL-15或IL-21等细胞因子，可以显著影响CAR-T细胞的代谢命运。IL-7和IL-15能促进线粒体生物合成和FAO，有利于记忆性T细胞的生成。IL-21则通过抑制mTORC1信号，促使代谢向OXPHOS倾斜，并增强抗氧化能力，从而维持CAR-T细胞的干性并减少耗竭。
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基因编辑技术： 利用CRISPR/Cas9等基因编辑工具，可以精确调控CAR-T细胞的代谢通路。例如，过表达线粒体酶（如ARG2、OTC、ASS）以补偿TME中的营养缺失；敲除SIRT2可增加代谢酶乙酰化水平，提升代谢活性；使用可调控的Cas13d系统抑制糖酵解相关基因，可引导代谢转向OXPHOS。过录转录因子FOXO1或细胞骨架蛋白TAGLN2也能增强线粒体功能和新陈代谢可塑性。
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代谢-表观遗传交叉对话： 代谢物可以影响表观遗传修饰，从而调控基因表达。例如，抑制剂Enasidenib通过抑制异柠檬酸脱氢酶2（IDH2），减少乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）可用性，进而降低记忆T细胞关键基因位点的组蛋白H3K27乙酰化（H3K27ac）水平，促进CAR-T细胞记忆样表型的形成。添加D-甘露糖或肌苷也能通过特定代谢-表观遗传轴增强T细胞干性。
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共刺激分子工程： CAR结构中的共刺激域选择直接影响T细胞代谢。与CD28共刺激域相比，包含4-1BB共刺激域的CAR-T细胞表现出更强的线粒体代谢、OXPHOS依赖性和体内持久性，这与其能激活p38-MAPK通路并诱导PGC-1α依赖的线粒体生物合成有关。
结论与展望
靶向线粒体代谢为克服CAR-T细胞耗竭提供了极具前景的策略。通过代谢重编程增强CAR-T细胞的适应性和持久性，是提高其疗效，特别是在实体瘤中疗效的关键。未来的突破将依赖于坚实的临床证据和精确的代谢调控，以推动下一代CAR-T疗法的发展。尽管多数策略尚处于临床前研究阶段，但这一领域的快速发展预示着代谢干预将在未来的癌症免疫治疗中扮演越来越重要的角色。
