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肿瘤微环境中通过线粒体转移实现的免疫逃逸机制研究
一、研究团队与发表信息
本研究由Hideki Ikeda（千叶癌症研究中心细胞治疗部门）领衔，联合来自日本千叶大学、冈山大学、东京大学等26家机构的36位研究者共同完成。论文题为《Immune evasion through mitochondrial transfer in the tumour microenvironment》，于2025年2月6日发表于Nature期刊（Volume 638）。
二、学术背景
科学领域：肿瘤免疫学与线粒体生物学交叉研究。
研究动机：尽管已知肿瘤微环境（TME, Tumor Microenvironment）中代谢重编程和线粒体功能障碍会削弱抗肿瘤免疫反应，但具体机制尚不明确。此前研究多基于小鼠模型，对人类肿瘤浸润淋巴细胞（TILs, Tumor-Infiltrating Lymphocytes）的线粒体异常缺乏深入解析。
研究目标：揭示肿瘤细胞通过线粒体转移导致T细胞功能失调的机制，并评估其对免疫检查点抑制剂（ICIs, Immune Checkpoint Inhibitors）疗效的影响。
三、研究流程与方法
1. 临床样本分析与突变鉴定
- 研究对象：12例多种癌症患者的TILs（队列A），匹配的肿瘤细胞系（7例）及外周血淋巴细胞（PBLs）。
- 方法：通过全基因组测序检测线粒体DNA（mtDNA, mitochondrial DNA）突变，发现5/12例TILs存在mtDNA突变，其中3例与匹配肿瘤细胞共享相同突变（如患者04的3290T>C突变）。
- 技术亮点：电子显微镜显示突变TILs的线粒体形态异常（嵴减少），而野生型TILs和PBLs线粒体结构正常。
2. 线粒体转移机制验证
- 实验设计：构建表达线粒体荧光蛋白（mitoDsRed）的肿瘤细胞（如mel04-mitoDsRed），与TILs共培养。
- 关键发现：
- 线粒体转移需24小时后显著发生，依赖隧道纳米管（TNTs, Tunneling Nanotubes）和小于200 nm的细胞外囊泡（EVs, Extracellular Vesicles）。
- 抑制EV释放（GW4869）或TNT形成（细胞松弛素B）可减少转移。
- 纯化EVs证实其携带线粒体蛋白（如细胞色素C）及mtDNA。
3. 同质化替换与USP30的作用
- 机制解析：
- 肿瘤来源线粒体因携带去泛素化酶USP30（Mitophagy-inhibitory molecule）而抵抗线粒体自噬（Mitophagy），而T细胞自身线粒体因活性氧（ROS, Reactive Oxygen Species）被清除。
- 抑制USP30（化合物CMPD-39或siRNA）可部分恢复线粒体自噬，减少同质化替换。
4. 突变线粒体对T细胞功能的影响
- 功能实验：
- 代谢异常：mtDNA突变TILs氧化磷酸化（OXPHOS, Oxidative Phosphorylation）受损，糖酵解依赖增强（Seahorse分析仪验证）。
- 衰老表型：β-半乳糖苷酶活性升高，CD27−CD28−衰老亚群增多，分泌IL-6等衰老相关因子。
- 免疫缺陷：PD-1表达降低，中央记忆细胞（CCR7highCD45RAlow）减少，杀伤功能下降（体外杀伤实验）。
5. 动物模型与临床关联
- 小鼠模型：
- 移植mtDNA突变（LLC/A11）或野生型（LLC/P29）肺癌细胞，证实突变组T细胞功能更差且对抗PD-1治疗无响应。
- EV抑制剂GW4869可逆转表型。
- 临床数据：
- 黑色素瘤（队列B，n=95）和非小细胞肺癌（队列C1，n=86）患者中，mtDNA突变者接受PD-1抑制剂治疗后的无进展生存期（PFS）和总生存期（OS）更短（p<0.05），而化疗组（队列C2，n=56）无此差异。
四、主要结果与逻辑链条
- 共享突变：TILs与肿瘤细胞共享mtDNA突变，提示转移发生。
- 转移机制：TNTs和EVs介导转移，USP30抑制自噬导致同质化。
- 功能损害：突变线粒体诱发T细胞代谢异常、衰老及免疫衰竭。
- 治疗抵抗：突变患者对ICIs响应差，动物模型证实EV抑制可恢复疗效。
五、研究结论与价值
科学意义：首次揭示肿瘤细胞通过mtDNA突变线粒体转移逃避免疫监视的机制，阐明USP30在维持转移线粒体稳定性中的关键作用。
应用价值：mtDNA突变可作为ICI疗效预测标志物，靶向EV或USP30或为克服免疫治疗耐药的新策略。
六、研究亮点
- 创新发现：肿瘤细胞通过“线粒体寄生”导致T细胞功能瘫痪。
- 技术突破：结合单细胞mtDNA测序、活细胞成像（数字全息显微镜）和EV亚群分析。
- 临床转化：首次将mtDNA突变与ICI疗效直接关联，提出可干预靶点（USP30）。
七、其他价值
- 为线粒体动态（Fusion/Fission）与免疫代谢研究提供新视角。
- 提示慢性紫外线损伤（如头颈部黑色素瘤）可能通过mtDNA突变促进免疫逃逸。
（报告字数：约1800字）