CD8+T细胞的功能状态决定了PD-1阻断抗体在肿瘤中的治疗效果。氨基酸是维持T细胞抗肿瘤免疫的关键营养物质。牛磺酸作为动物体内的一种含硫氨基酸，以游离形式存在，并且不参与蛋白质合成。虽然牛磺酸已被证明可以影响T细胞的多种特性，如促进T细胞和B细胞的增殖、减弱T细胞的凋亡并增强T细胞的免疫功能等，但是，牛磺酸如何调节T细胞功能的潜在机制以及牛磺酸与PD-1阻断抗体治疗之间的相关性目前尚不清楚。在本研究中，通过超高效液相色谱-质谱法揭示了接受PD-1阻断抗体治疗的肺癌患者血清中显著改变的氨基酸种类，并通过结合RNA测序和体外实验的方法研究了其中的潜在机制与原理。本研究可为增强PD-1阻断抗体的抗肿瘤活性提供新的见解。
临床样本
根据接受化疗加PD-1阻断抗体治疗的肺腺癌(lung adenocarcinoma, LUAD)患者的临床反应，受试者被分为反应组(R)（n=15）和无反应组(NR)（n=5）。在后续的研究中使用了来自患者和健康献血者的外周血样本。
小鼠肿瘤模型
雌性C57BL/6小鼠（6-8周龄）和BALB/c小鼠（6-8周龄），所有小鼠均被饲养在特定的无菌条件下。将B16（小鼠恶性黑色素瘤细胞系）和4T1（小鼠乳腺癌细胞系）肿瘤细胞（2×105）注射到每只小鼠的右腹皮下。每2天或3天记录一次肿瘤体积。PD-1或CTLA-4阻断抗体每3天使用一次。
对PD-1阻断抗体治疗有反应的肺癌患者中牛磺酸水平升高
根据代谢组学的分析，R组患者的两种氨基酸（牛磺酸和甲基组氨酸）水平相对较高，而牛磺酸的增幅最大。研究结果表明，差异氨基酸可能参与调节T细胞免疫，并且发现R组的CD8+T细胞比NR组产生更多的细胞毒性细胞因子（IFN-γ和TNF-α）。
牛磺酸增强了T细胞的抗肿瘤免疫力
在添加不同浓度的牛磺酸培养CD8+T细胞的实验中，发现添加60µM牛磺酸培养后，CD8+T细胞数量显著增加，而添加30µM和120µM牛磺酸培养后，不影响CD8+T细胞数量。同时，研究发现经牛磺酸处理后，凋亡T细胞（Annexin+CD8+T细胞）的比例明显下降。而用牛磺酸培养的CD8+T细胞明显释放出更多的IFN-γ和TNF-α。这些结果证实了牛磺酸增强了T细胞的增殖和功能。
图2
SLC6A6与T细胞活化相关
对牛磺酸合成酶（CSAD和CDO1）和牛磺酸转运体SLC6A6的研究，表明癌症患者的T细胞主要依赖转运体SLC6A6获得外源性牛磺酸。而通过基因表达谱交互分析（Gene expression profile interaction analysis, GEPIA）（图3），本研究推测SLC6A6是牛磺酸对T细胞抗肿瘤作用的必要条件。
图3
SLC6A6基因敲除降低了T细胞的抗肿瘤免疫力
利用基因敲除实验和RNA测序分析，本研究证实了SLC6A6基因敲除降低了T细胞的抗肿瘤免疫力（图4），并且降低了T细胞氧化磷酸化水平（图5）以及PLCγ1磷酸化，同时也抑制了钙信号通路以及MAPK信号通路（图6）。
图4
图5
图6
补充牛磺酸可改善免疫检查点阻断抗体治疗的治疗效果
小鼠B16肿瘤模型实验结果表明，牛磺酸+PD-1阻断的小鼠肿瘤生长明显减弱，T细胞增殖标志物Ki67的表达显著上调。小鼠4T1肿瘤模型验证实验结果与小鼠B16肿瘤模型结果一致，牛磺酸单独使用IFN-γ的分泌量大于PD-1阻断抗体治疗，牛磺酸+PD-1阻断治疗未进一步增强IFN-γ的分泌量，而TNF-α的分泌量在牛磺酸+ PD-1阻断治疗后显著增强。同时，牛磺酸+PD-1阻断治疗也增加了CD8+T细胞中Ki67的表达。另外，牛磺酸+CTLA-4阻断剂联合治疗可减缓B16肿瘤模型的肿瘤生长，增加T细胞的细胞毒性细胞因子（IFN-γ和TNF-α）节和CD8+T细胞中Ki67的表达。综上所述，补充牛磺酸可以提高T细胞的抗肿瘤反应，提高免疫检查点阻断抗体治疗的治疗效果。
图7
通过质谱分析，本研究确定了氨基酸牛磺酸在R组患者中的高表达，证实了牛磺酸可以增强CD8+T细胞的增殖和体外功能。随后的研究中发现，癌症患者CD8+T细胞在摄取牛磺酸时表达了高水平的SLC6A6，而在SLC6A6敲除后，T细胞的抗肿瘤反应下降。RNA测序数据和体外实验表明，牛磺酸通过增强氧化磷酸化和刺激PLCγ1介导的钙和MAPK信号通路，增强T细胞的增殖和功能。最后，牛磺酸通过提高小鼠肿瘤模型中CD8+T细胞的抗肿瘤免疫力，从而改善了免疫检查点阻断的治疗效果。总之，本文的研究为免疫检查点阻断抗体治疗耐药性提供了新的见解，并提示牛磺酸可能作为一种潜在的癌症患者的治疗药物。
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