本研究发表于《自然》（*Nature*）期刊，由圣犹达儿童研究医院（St. Jude Children‘s Research Hospital）免疫学系的Seon Ah Lim, Jun Wei（并列第一作者）和Hongbo Chi（通讯作者）领衔的团队完成，并于2021年在线发表。这项研究是一项原创性基础研究，聚焦于免疫学，特别是肿瘤免疫学与细胞代谢的交叉领域，旨在揭示调节性T细胞（Treg细胞）在肿瘤微环境中实现功能特化的深层代谢机制。
学术背景与研究目的 调节性T细胞是维持机体免疫耐受、防止自身免疫的关键细胞群，但在肿瘤微环境中，它们却扮演了“帮凶”的角色，通过免疫抑制功能阻碍有效的抗肿瘤免疫应答。因此，靶向肿瘤内的Treg细胞成为癌症免疫治疗一个有潜力的方向。然而，全身性抑制Treg细胞功能会引发严重的自身免疫毒性，这使得寻找肿瘤微环境特异性（context-specific）的Treg细胞调控机制变得至关重要。已有研究揭示了稳态条件下支持Treg细胞功能的代谢途径，但肿瘤内Treg细胞如何重编程其代谢程序以适应并强化其在肿瘤中的抑制功能，此前尚不明确。本研究的目的正是探索肿瘤内Treg细胞功能适应的分子基础，尤其关注脂质代谢在其中扮演的角色，以期发现可特异性靶向肿瘤内Treg细胞而不影响全身免疫稳态的新治疗策略。
详细研究流程 研究团队设计并执行了一套多层次、系统性的研究方案，结合了遗传学模型、高通量测序、代谢组学分析和功能验证实验。 1. 发现阶段：识别肿瘤Treg细胞的代谢特征 * 研究对象与样本量：研究使用野生型C57BL/6小鼠，皮下接种B16黑色素瘤细胞或MC38结肠腺癌细胞建立肿瘤模型。从荷瘤小鼠的肿瘤组织和外周淋巴结（PLNs）中分选Treg细胞进行转录组分析（每组n=4）。 * 实验与方法：对分离的Treg细胞进行微阵列基因芯片分析。随后使用基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA）比较肿瘤内与外周Treg细胞的基因表达谱。研究者还利用已发表的小鼠及人类癌症（如黑色素瘤、乳腺癌、头颈鳞状细胞癌）的单细胞RNA测序（scRNA-seq）公共数据集进行验证。 * 数据分析流程：GSEA使用预先整理的代谢通路数据库（如KEGG, Reactome）。通过Ingenuity Pathway Analysis (IPA) 预测上游转录调控因子。通过比较分析，锁定在肿瘤Treg细胞中特异性上调的代谢通路。 2. 功能验证阶段：靶向SREBP通路对肿瘤生长的影响 * 遗传模型构建：为探究固醇调节元件结合蛋白（Sterol-regulatory-element-binding proteins, SREBPs）通路的功能重要性，研究者构建了Treg细胞特异性敲除SREBP活化蛋白（SCAP）的小鼠模型（*Foxp3CreScapfl/fl*），SCAP是SREBP激活所必需的因子。同时，构建了他莫昔芬诱导型SCAP条件性敲除小鼠（*Foxp3GFP-Cre-ERT2Scapfl/flRosa26YFP*）用于研究在已形成肿瘤中急性敲除SCAP的效果。 * 体内肿瘤实验：将上述基因工程小鼠以及对照组小鼠接种B16或MC38肿瘤细胞，定期测量肿瘤体积。部分实验还联合使用了抗PD-1免疫检查点阻断抗体。样本量根据实验设计从每组5只到7只不等，并进行多次独立重复实验。 * 安全性评估：为了评估靶向该通路的安全性，研究者系统检查了*Foxp3CreScapfl/fl*小鼠在稳态下的免疫细胞组成、活化状态、血清自身抗体水平、多个组织器官的病理学变化以及小鼠寿命。此外，还在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）和急性炎症模型中，评估了SCAP缺失对Treg细胞抑制功能的影响。 3. 机制探索阶段：SCAP/SREBP如何调控肿瘤Treg细胞功能 * 肿瘤微环境免疫图谱分析：对荷瘤（B16）的对照组和*Foxp3CreScapfl/fl*小鼠肿瘤内的CD45+免疫细胞进行scRNA-seq（每组n=2只小鼠），无偏倚地分析各类免疫细胞的比例和状态变化。同时，使用流式细胞术验证关键发现，如CD8+ T细胞与Treg细胞的比例、Treg细胞凋亡（活化caspase-3染色）、增殖（BrdU掺入）、细胞因子（IFN-γ, TNF-α）产生等。 * Treg细胞功能与状态分析：重点分析了SCAP缺失对肿瘤内Treg细胞“脆弱性”（fragility，即Foxp3表达保留但异常产生IFN-γ）的影响。通过流式细胞术检测IFN-γ+ Treg细胞的比例。在嵌合体小鼠模型中，进一步确认了SCAP缺失导致Treg细胞功能受损的细胞自主性效应。 * 下游通路解析： * 脂质合成通路：通过转录组学确认SCAP缺失导致胆固醇稳态和脂肪酸代谢通路下调。进而构建了Treg细胞特异性敲除脂肪酸合酶（FASN）的小鼠（*Foxp3CreFasnfl/fl*），并在体内外评估其对肿瘤生长和Treg细胞功能（特别是T细胞受体TCR诱导的活化与成熟）的影响。体外抑制实验中，添加棕榈酸（FASN产物）以回补功能。 * PD-1表达调控通路：通过scRNA-seq和流式细胞术发现SCAP缺失显著降低肿瘤内Treg细胞程序性死亡受体1（PD-1）的表达，而非其他抑制性受体（如CTLA-4, ICOS）。随后探究了PD-1表达的上游调控机制：通过体外TCR刺激实验、代谢抑制剂（如辛伐他汀抑制HMGCR）、代谢物回补（甲羟戊酸、法尼基焦磷酸FPP、香叶基香叶基焦磷酸GGPP）、以及特异性酶抑制剂或基因敲除（针对香叶基香叶基转移酶I PGGT1B、法尼基转移酶FNTP、小G蛋白Rac1/2）等手段，层层深入地阐明了从SCAP/SREBP信号到甲羟戊酸代谢，再到蛋白质香叶基香叶基化修饰，最终通过Rac信号和AP-1转录因子调控PD-1表达的完整代谢信号轴。 * 信号通路交叉验证：研究了PD-1与SCAP缺失对Treg细胞内PI3K-Akt-mTOR信号通路活性的影响。通过流式细胞术检测磷酸化Akt（p-Akt）和磷酸化S6（p-S6）蛋白水平，发现抗PD-1处理或SCAP缺失均会导致肿瘤内Treg细胞PI3K信号异常激活，这与IFN-γ产生增加的表型相符。 4. 代谢示踪研究： * 实验方法：从对照组和SCAP缺失型小鼠分选Treg细胞，在含有[13C2]标记的乙酸钠培养基中进行体外TCR刺激培养。 * 数据分析：使用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）分析胆固醇等脂质分子中13C的掺入情况，直接证实SCAP缺失确实损害了Treg细胞中由乙酸从头合成胆固醇的能力。
主要研究结果 1. 肿瘤Treg细胞特异性上调SREBP信号：GSEA分析显示，与来自外周淋巴结的Treg细胞相比，肿瘤内Treg细胞中与脂质代谢相关的通路，尤其是SREBP的靶基因集，显著富集。这一发现在多种小鼠肿瘤模型和人类癌症scRNA-seq数据中得到验证，但在EAE炎症模型中的Treg细胞未观察到，提示了其肿瘤微环境特异性。 2. 抑制SCAP/SREBP信号能有效抑制肿瘤生长且安全性良好：Treg细胞特异性敲除SCAP能显著抑制B16黑色素瘤和MC38结肠癌的生长，甚至完全清除MC38肿瘤。利用诱导型敲除模型，在肿瘤已建立后敲除SCAP，仍能抑制肿瘤生长。将SCAP敲除与抗PD-1疗法联用，能使原本对PD-1阻断耐药的B16肿瘤变得敏感。重要的是，SCAP缺失的小鼠在稳态下未出现严重的自身免疫病理，在EAE模型中也保持正常的Treg抑制功能，表明靶向该通路具有较好的治疗窗口。 3. SCAP缺失重塑肿瘤免疫微环境：scRNA-seq和流式分析显示，SCAP缺失后，肿瘤内CD8+ T细胞和常规CD4+ T细胞的比例和效应功能（如TNF-α产生）增加，CD8+/Treg比值这一关键的预后指标显著升高。同时，肿瘤内Treg细胞的比例下降，其凋亡增加。 4. SCAP缺失导致肿瘤Treg细胞功能“脆弱”：SCAP缺陷的肿瘤Treg细胞异常产生高水平的IFN-γ，即呈现“脆弱”表型，同时伴随PI3K信号通路的过度激活。这种功能缺陷是肿瘤微环境特异性的。 5. SREBP通过协调两条下游通路 enforcing Treg功能： * FASN介导的脂肪酸合成通路：Treg细胞特异性敲除FASN能抑制肿瘤生长，但不引起自身免疫。机制上，FASN缺失并不影响Treg细胞的稳态抑制功能，但损害了TCR刺激诱导的Treg细胞功能成熟（如GITR、CD44上调），而外源性棕榈酸可以回补这一缺陷。这表明脂肪酸合成对于肿瘤内Treg细胞适应TME、实现完全的功能激活至关重要。 * 甲羟戊酸代谢-PD-1信号轴：SCAP缺失导致肿瘤Treg细胞PD-1表达特异性下调。机制研究表明，TCR信号通过激活SCAP/SREBP，上调甲羟戊酸代谢。该代谢通路的产物——香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）——通过促进蛋白质香叶基香叶基化，激活Rac和AP-1信号，进而驱动PD-1基因（*Pdcd1*）的表达。这条通路独立于胆固醇合成和脂肪酸合成。PD-1在肿瘤Treg细胞上高表达，其作用是抑制PI3K信号，防止Treg细胞产生过量的IFN-γ。因此，SCAP缺失或PD-1阻断都会解除对PI3K的抑制，导致Treg细胞功能失调和IFN-γ产生。
研究结论与价值 本研究的核心结论是：肿瘤内的调节性T细胞通过主动重编程其SREBP依赖的脂质从头合成代谢，来维持其在肿瘤微环境中的功能特化和免疫抑制能力。SREBP作为一个中央调控枢纽，协调了两个关键的细胞程序：一是FASN介导的脂肪酸合成，促进TCR诱导的Treg功能成熟；二是甲羟戊酸代谢介导的蛋白质香叶基香叶基化，进而上调PD-1表达以控制PI3K信号和IFN-γ产生，防止Treg细胞变得“脆弱”。 这项研究的科学价值在于：首次系统性地揭示了代谢重编程如何 enforce（强制赋予）肿瘤内Treg细胞的功能特化，将细胞代谢、表观遗传（蛋白修饰）和抑制性受体信号有机地整合到一个统一的调控框架中。它发现了连接SREBP与PD-1表达的、之前未知的代谢信号轴，深化了对肿瘤免疫代谢复杂性的理解。其应用价值在于：指出了SCAP/SREBP、FASN以及相关的甲羟戊酸代谢通路作为癌症免疫治疗新靶点的潜力。由于该通路在肿瘤Treg细胞中特异性活化，而在维持全身免疫稳态中非必需，因此可能提供一种特异性削弱肿瘤免疫抑制、增强现有免疫疗法（如PD-1阻断）疗效，同时避免严重自身免疫毒副作用的新策略。
研究亮点 1. 重要的科学发现：明确了脂质代谢，特别是SREBP信号，是肿瘤内Treg细胞功能适应的关键代谢检查点。发现了SREBP通过协调脂肪酸合成和PD-1表达两条独立通路来维持Treg功能完整性的全新机制。 2. 新颖的研究方法与流程：研究采用了非常系统和深入的机制探索策略。从基于转录组学的无偏倚发现，到构建多种条件性基因敲除小鼠模型进行功能验证，再到运用scRNA-seq描绘免疫微环境变化，最后通过体外代谢示踪、药理学抑制剂、代谢物回补和特异性基因敲除等手段，精细解析了从代谢酶到抑制性受体表达的完整分子链条。这种多层次的整合生物学方法是其成功的关键。 3. 研究对象的特殊性：研究聚焦于“肿瘤微环境特异性”的Treg细胞调控机制，并通过与稳态、急性炎症模型（如EAE）的对比，有力证明了所发现通路的特异性和靶向治疗潜力，避免了过往泛靶向Treg细胞的陷阱。 4. 转化医学意义突出：研究不仅阐明了基础生物学机制，每一步都紧密联系潜在的临床应用，直接验证了靶向该通路与现有免疫疗法的协同作用，为开发新的联合疗法提供了坚实的理论依据和临床前证据。