《Cell》：PVR?巨噬細(xì)胞–TIGIT軸耗竭NK細(xì)胞功能促進(jìn)腫瘤肺轉(zhuǎn)移

2025年7月15日，中山大學(xué)鄺棟明教授、魏瑗副教授團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際期刊Cell（IF：45.5）發(fā)表了題為“Glucose Restriction Shapes Pre-Metastatic Innate Immune Landscapes in Lung through Exosomal TRAIL"的研究性論文。該研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)大規(guī)模臨床數(shù)據(jù)、多組學(xué)分析與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)irst揭示葡萄糖剝奪可通過(guò)外泌體TRAIL重塑肺部免疫環(huán)境，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移前生態(tài)位形成的機(jī)制。葡萄糖剝奪的“硬幣二面性"作用：限制葡萄糖雖抑制原發(fā)腫瘤生長(zhǎng)，卻通過(guò)外泌體 TRAIL 誘導(dǎo)肺部PVR^?巨噬細(xì)胞激活，抑制肺NK 細(xì)胞功能和數(shù)量，促進(jìn)癌癥細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移，外泌體 TRAIL 可作轉(zhuǎn)移預(yù)警標(biāo)志物。

上世紀(jì)20年代科學(xué)家?jiàn)W托·瓦博格(Otto Warburg)的發(fā)現(xiàn)——癌細(xì)胞對(duì)葡萄糖的消耗量遠(yuǎn)超正常細(xì)胞，即使在氧氣充足的情況下也傾向于通過(guò)效率較低的糖酵解(glycolysis)來(lái)獲取能量，這一現(xiàn)象被稱為“瓦博格效應(yīng)"(Warburg effect)。從此，“糖是癌細(xì)胞愛(ài)的食物，“餓死癌細(xì)胞"的理念深入人心，低碳水、生酮飲食等限制糖分?jǐn)z入的策略，也逐漸被視為一種潛在的抗癌輔助療法。該研究打破這一常規(guī)，那就是限制葡萄糖，確實(shí)能在一定程度上原位抑制原發(fā)腫瘤的生長(zhǎng)。但是狡猾的腫瘤細(xì)胞，大有“此處不留爺，自有留爺處"，懷著“家貧走他鄉(xiāng)"的想法遷徙轉(zhuǎn)移。

研究人員首先進(jìn)行了一項(xiàng)大規(guī)模的泛癌種分析。他們調(diào)取了癌癥基因組圖譜(The Cancer Genome Atlas, TCGA)數(shù)據(jù)庫(kù)中22種不同癌癥類型、共計(jì)2514名在手術(shù)時(shí)未發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者數(shù)據(jù)。他們利用基因集變異分析(Gene Set Variation Analysis, GSVA)評(píng)估了每位患者腫瘤組織內(nèi)的葡萄糖代謝活躍程度。按照常理，代謝越活躍的腫瘤應(yīng)該越“惡性"，復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)也越高。然而，數(shù)據(jù)給出了一個(gè)令人意外的答案。在分析的22種癌癥中，有15種癌癥的患者數(shù)據(jù)顯示，腫瘤內(nèi)部葡萄糖代謝水平較低的群體，其術(shù)后兩年的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)反而顯著更高。為了驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，研究人員將目光聚焦于肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)。他們對(duì)比了發(fā)生肺轉(zhuǎn)移和未發(fā)生肺轉(zhuǎn)移的肝癌患者。結(jié)果再次印證了最初的猜想：通過(guò)正電子發(fā)射斷層掃描(FDG-PET)成像，他們發(fā)現(xiàn)，發(fā)生肺轉(zhuǎn)移的患者，其原發(fā)腫瘤對(duì)葡萄糖類似物(FDG)的攝取能力（以SUVmax值衡量）顯著低于未轉(zhuǎn)移的患者。這意味著，那些最終“逃逸"出去的癌細(xì)胞，其“老巢"的葡萄糖代謝本就不那么活躍。進(jìn)一步檢測(cè)腫瘤組織中的乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase, LDH)活性——這是糖酵解途徑的關(guān)鍵酶，結(jié)果顯示，發(fā)生肺轉(zhuǎn)移的患者腫瘤LDH活性也顯著更低。

這些患者的數(shù)據(jù)都指向同一個(gè)結(jié)論：低葡萄糖代謝，而非高葡萄糖代謝，似乎是預(yù)測(cè)癌癥轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的一個(gè)更危險(xiǎn)的信號(hào)。為了在更可控的條件下驗(yàn)證這個(gè)“反常識(shí)"的現(xiàn)象，研究人員構(gòu)建了多種小鼠腫瘤模型，包括肝癌、黑色素瘤、乳腺癌、結(jié)腸癌和胃癌。他們給荷瘤小鼠分別喂食正常飲食、高碳水飲食(High-Carbohydrate Diet, HCD)和低碳水飲食(Low-Carbohydrate Diet, LCD)。

驗(yàn)結(jié)果正如預(yù)期，高碳水飲食確實(shí)助長(zhǎng)了原發(fā)腫瘤的生長(zhǎng)，而低碳水飲食則顯著抑制了腫瘤的體積。這部分結(jié)果印證了“餓死癌細(xì)胞"的傳統(tǒng)理論。但是，當(dāng)研究人員檢查小鼠的肺部時(shí)，驚人的一幕出現(xiàn)了。與正常飲食組相比，低碳水飲食組的小鼠肺部轉(zhuǎn)移灶數(shù)量顯著增多！而在高碳水飲食組中，雖然原發(fā)瘤長(zhǎng)得快，但其肺轉(zhuǎn)移的增加與腫瘤體積的增長(zhǎng)密切相關(guān)。更關(guān)鍵的是，低碳水飲食誘導(dǎo)的肺轉(zhuǎn)移似乎與原發(fā)腫瘤的大小無(wú)關(guān)，即使在自發(fā)性肝癌模型（一種更接近人類癌癥自然發(fā)生過(guò)程的模型）中，低碳水飲食也同樣促進(jìn)了早期肺轉(zhuǎn)移。

為尋找背后的原因，研究人員運(yùn)用了單細(xì)胞RNA測(cè)序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)技術(shù)，對(duì)喂食正常飲食和低碳水飲食的荷瘤小鼠肺部的所有免疫細(xì)胞(CD45+細(xì)胞)進(jìn)行了分群。在低碳水飲食組小鼠的肺部，巨噬細(xì)胞(macrophages)的數(shù)量顯著增加，形成了一個(gè)以巨噬細(xì)胞為主導(dǎo)的免疫環(huán)境。與此同時(shí)，自然殺傷細(xì)胞(Natural Killer cells, NK cells)的數(shù)量卻急劇減少，尤其是那些具備強(qiáng)大殺傷功能的NK細(xì)胞。NK細(xì)胞，是我們免疫系統(tǒng)中的“巡邏員"，它們是抵御癌癥轉(zhuǎn)移的第一道防線，無(wú)需預(yù)先識(shí)別抗原就能迅速發(fā)現(xiàn)并殺死癌細(xì)胞。NK細(xì)胞的耗竭，無(wú)異于在癌癥轉(zhuǎn)移的必經(jīng)之路上撤走了最重要的崗哨。

更有趣的是，研究人員通過(guò)動(dòng)態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，這種變化是有先后順序的。在小鼠開(kāi)始低碳水飲食后的第3天，肺部巨噬細(xì)胞的數(shù)量就開(kāi)始翻倍并趨于穩(wěn)定；而NK細(xì)胞的減少則發(fā)生在第6天之后，并在第9天時(shí)達(dá)到約70%的降幅。這個(gè)時(shí)間差強(qiáng)烈暗示：是巨噬細(xì)胞的“增多"導(dǎo)致了NK細(xì)胞的“減少"。為驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，研究者使用CSF1受體（CSF1R）靶向抗體清除肺巨噬細(xì)胞，結(jié)果成功緩解了LC飲食誘導(dǎo)的NK細(xì)胞數(shù)量減少及細(xì)胞內(nèi)顆粒酶B下調(diào)（圖K-L）。在攜帶葡萄糖代謝缺陷型Hepa1-6克隆的小鼠中也觀察到類似現(xiàn)象。值得注意的是，清除LC飲食荷瘤小鼠的肺巨噬細(xì)胞還能抑制肝癌肺轉(zhuǎn)移（圖M），而該保護(hù)效應(yīng)可被同步清除NK細(xì)胞所逆轉(zhuǎn)（圖N）。這些證據(jù)表明，原發(fā)瘤的葡萄糖剝奪會(huì)形成以巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的NK細(xì)胞缺失與功能缺陷為主導(dǎo)的轉(zhuǎn)移前微環(huán)境。

肝癌中葡萄糖剝奪后肺巨噬細(xì)胞如何導(dǎo)致NK細(xì)胞減??？研究人員對(duì)Hepa1-6荷瘤小鼠肺組織的scRNA-seq進(jìn)行細(xì)胞互作分析顯示，PVR-TIGIT軸是巨噬細(xì)胞與NK細(xì)胞間活躍的抑制性信號(hào)通路（圖A）。值得注意的是，PVR是這些小鼠肺巨噬細(xì)胞中上調(diào)顯著的自然殺傷抑制性配體（圖B）。共聚焦顯微鏡進(jìn)一步證實(shí)PVR表達(dá)主要局限于F4/80+巨噬細(xì)胞，在基質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)胞中表達(dá)極低（圖C）。這種PVR+巨噬細(xì)胞的增加僅見(jiàn)于LC飲食的荷瘤小鼠，而未在無(wú)腫瘤對(duì)照組中觀察到（圖D）。同樣，注射葡萄糖代謝缺陷型Hepa1-6克隆的小鼠肺組織中也檢測(cè)到更高水平的PVR+巨噬細(xì)胞（圖E）。

在小鼠肺組織中，NK細(xì)胞約占所有表達(dá)TIGIT的免疫細(xì)胞的70%，并且表現(xiàn)出最高的TIGIT表達(dá)水平（圖F-G）。雖然CD8+T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T（Treg）細(xì)胞也表達(dá)TIGIT，但它們的絕對(duì)數(shù)量和表達(dá)強(qiáng)度都顯著低于NK細(xì)胞（圖F-G）。

使用抗體阻斷TIGIT信號(hào)有效恢復(fù)了葡萄糖剝奪的荷瘤小鼠和LC飲食小鼠（圖H-I）的NK細(xì)胞數(shù)量和功能，同時(shí)沒(méi)有改變PVR+巨噬細(xì)胞的水平（圖J）。這種干預(yù)還阻止了LC飲食誘導(dǎo)或葡萄糖剝奪誘導(dǎo)的肺轉(zhuǎn)移（圖K），并進(jìn)一步增強(qiáng)了葡萄糖剝奪介導(dǎo)的原發(fā)腫瘤消退（圖L）。在接受LC飲食的NK細(xì)胞缺失小鼠中，TIGIT阻斷未能減少肺轉(zhuǎn)移，這突出了NK細(xì)胞在介導(dǎo)這一效應(yīng)中的關(guān)鍵作用（圖M）。因此，肺巨噬細(xì)胞和NK細(xì)胞之間的PVR-TIGIT軸在建立轉(zhuǎn)移前微環(huán)境中起著關(guān)鍵作用。

機(jī)制層面，葡萄糖剝奪誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，激活HRD1介導(dǎo)的TRAIL泛素化（K63位點(diǎn)），并通過(guò)ESCRT復(fù)合體將其包裝入外泌體。釋放至肺部的外泌體TRAIL進(jìn)一步極化PVR?巨噬細(xì)胞，通過(guò)PVR–TIGIT軸耗竭NK細(xì)胞功能，形成有利于轉(zhuǎn)移的肺部免疫微環(huán)境。阻斷TIGIT不僅能阻斷葡萄糖限制誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)移，還能進(jìn)一步抑制原發(fā)瘤進(jìn)展，為代謝-免疫聯(lián)合治療提供了新路徑。整條信號(hào)鏈串聯(lián)起來(lái)為：低糖環(huán)境 →腫瘤細(xì)胞分泌攜帶TRAIL的外泌體→外泌體到達(dá)肺部→激活巨噬細(xì)胞的NF-κB通路→巨噬細(xì)胞高表達(dá)PVR→PVR與NK細(xì)胞的TIGIT結(jié)合→NK細(xì)胞耗竭→肺部轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成→ 癌細(xì)胞成功轉(zhuǎn)移定植。

總之。該研究系統(tǒng)揭示了葡萄糖代謝干預(yù)對(duì)免疫微環(huán)境和遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的復(fù)雜影響，打破了“控糖有益"的普遍認(rèn)知。研究提示：（1）對(duì)腫瘤患者而言，非理性控糖可能削弱原發(fā)瘤生長(zhǎng)，卻為轉(zhuǎn)移“開(kāi)綠燈"；（2）對(duì)潛在癌癥人群而言，激進(jìn)控糖甚至可能在腫瘤被發(fā)現(xiàn)前“助推"其遠(yuǎn)端定植；（3）臨床治療層面，單純依賴代謝抑制可能適得其反，更安全的干預(yù)需結(jié)合免疫調(diào)控。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

1.低碳水化合物飲食或糖代謝受損會(huì)促進(jìn)肺轉(zhuǎn)移；

2.葡萄糖剝奪建立了以肺巨噬細(xì)胞為主的轉(zhuǎn)移前生態(tài)位；

3.外泌體TRAIL極化PVR巨噬細(xì)胞以引發(fā)肺部 NK 細(xì)胞耗竭；

4.血漿外泌體TRAIL準(zhǔn)確預(yù)測(cè)術(shù)后早期肺轉(zhuǎn)移。

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原始文獻(xiàn)

Wu, Cai-Yuan et al. Glucose Restriction Shapes Pre-Metastatic Innate Immune Landscapes in Lung through Exosomal TRAIL. Cell,  July 15, 2025.