Die Immuntherapie hat große klinische Erfolge erzielt, aber die meisten Patienten ziehen keinen nachhaltigen klinischen Nutzen aus der Behandlung. Zytotoxische T-Zellen (CTLs) sind wichtige Effektorzellen der Antitumor-Immunantwort und erkennen Tumorzellen spezifisch durch die Interaktion des T-Zell-Rezeptors (TCR) mit dem Peptid-Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC). CTLs setzen zytotoxische Partikel frei, die Perforin und Granzyme enthalten, um Apoptose in Zielzellen zu induzieren. Daher entwickeln Krebszellen typischerweise mehrere Mechanismen, um CTL-vermittelter Erkennung und Abtötung zu entgehen. Zu den bekannten Mechanismen gehören die Herunterregulierung von Antigenpräsentationswegen und die Hochregulierung immunsuppressiver Moleküle wie PD-L1 und SERPINB9. Darüber hinaus setzen CTLs Zytokine wie TNF und IFN frei, um Tumorzellen abzutöten. Die molekularen Mechanismen, wie Tumorzellen Zytokine-vermittelte Abtötung tolerieren, sind jedoch unklar.
Am 27. Juli 2023 veröffentlichten das Team von Pan Deng an der Medizinischen Fakultät der Universität Tsinghua, das Team von Zeng Zexian am Zentrum für Quantitative Biologie (CQB) der Universität Peking und das gemeinsame Zentrum für Biowissenschaften der Universität Peking und Tsinghua in Zusammenarbeit mit dem Team von Wang Fubing am Zhongnan-Krankenhaus der Universität Wuhan einen Artikel in der Zeitschrift Cell Metabolism mit dem Titel: „Tumor-aerobe Glykolyse verleiht Immunevasion durch Modulierung der Empfindlichkeit gegenüber T-Zellen-vermitteltem Bystander-Killing via TNF.“
Die Studie ergab, dass die Hemmung der Tumorglykolyse und des Glukosetransporters 1 (Glut1) die Abtötung von Tumorzellen durch zytotoxische T-Zellen (CTL) verstärkt.
Mechanistisch gesehen führt die Inaktivierung von Glut1 zu einem Anstieg der oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) im Tumor, was zur Produktion von überschüssigen reaktiven Oxiden (ROS) führt, die den TNF-vermittelten Zelltod fördern. Eine Vielzahl von Maustumorzellen konnte durch den Glut1-spezifischen Inhibitor BAY-876 empfindlicher gegenüber einer Antitumorimmunität gemacht werden. Darüber hinaus hatte die Hemmung von Glut1 aufgrund der hohen Expression eines anderen Glukosetransporterproteins, Glut3, in CTLs relativ geringe Auswirkungen auf die CTL-Funktion. Somit bietet die gezielte Beeinflussung von Glut1 eine neue therapeutische Idee für die Tumorimmuntherapie.
Das Team führte zunächst einen genomweiten CRISPR-Cas9-Screen auf Gene durch, die gegen CTL-vermittelte Abtötung resistent sind, und zwar in der Maus-Lungenkrebs-Zelllinie LLC und der Bauchspeicheldrüsenkrebs-Zelllinie Panc02. Der Screen zeigte einen signifikanten Rückgang der sgRNA-Häufigkeit wichtiger Gene, die auf die Glykolyse abzielen, wie Slc2a1 (Glut1), Gpi1, Pkm und Ldha, was die entscheidende Rolle des Glykolysewegs von Tumorzellen bei der Regulierung der Tumorresistenz gegen CTL-Abtötung enthüllte. Durch die Integration mehrerer Sätze menschlicher Einzelzelldaten und Immunfluoreszenz-Experimente wurde festgestellt, dass Glut1 in Tumorzellen stärker exprimiert wird, während Immunzellen selektiv Glut3 zur Glukoseaufnahme überexprimieren. Daher wählte das Forschungsteam Glut1 als potenzielles Ziel, um den Glykolyseweg in Tumorzellen für weitere Studien gezielt anzugreifen.
Das Team fand heraus, dass der Phänotyp der Empfindlichkeit gegenüber der Abtötung von CTL infolge des Glut1-Knockdowns nicht vom direkten Kontakt zwischen Tumorzellen und T-Zellen abhängt, was darauf hindeutet, dass Glut1 an der Regulierung der Toleranz von Tumorzellen gegenüber der Abtötung durch von CTL freigesetzte Zytokine beteiligt ist. Durch eine Reihe biochemischer und zellulärer Experimente zeigte das Team, dass ein Glut1-Mangel zu einem signifikanten Anstieg der durch TNF induzierten Tumorzelltode führte. Mechanistisch gesehen führte die Glut1-Hemmung zu einem signifikanten Anstieg der mitochondrialen oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) und zur Bildung großer Mengen reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), deren Ansammlung in der Zelle zur Herunterregulierung der c-Flip-Werte führte, was wiederum die TNF-induzierte Apoptose verschlimmerte.
Schließlich stellte das Team in einer Reihe von Maustumormodellen fest, dass die Hemmung von Glut1 keinen Einfluss auf das Tumorwachstum bei immunschwachen Mäusen hatte, jedoch das Tumorwachstum bei immunkompetenten Mäusen hemmte, was darauf schließen lässt, dass die tumorhemmende Wirkung der gezielten Hemmung von Glut1 vom adaptiven Immunsystem des Wirts abhängt. Wichtig ist, dass bei Verwendung von TNFa-Rezeptor-Knockout-Tumorzellen die Wirkung der Glut1-Hemmung, die zu einem verlangsamten Tumorwachstum führte, entsprechend verschwand, was wiederum darauf hindeutet, dass die Glut1-Hemmung eng mit dem Tumor-TNFa-Signalweg verbunden ist. Das Team analysierte außerdem Datensätze aus klinischen Studien und die TCGA-Datenbank von Patienten, die mit einer Immun-Checkpoint-Blockade (ICB) behandelt wurden, und stellte fest, dass eine geringe Expression der glykolytischen/Glut1-Signatur mit einer besseren Reaktion auf ICB verbunden war.
Zusammenfassend beschreibt diese Studie einen neuen Mechanismus der Tumorzellglykolyse, der an der Regulierung der CTL-Sekretion zur TNF-vermittelten Abtötung beteiligt ist, und identifiziert Glut1 als bevorzugtes glykolytisches Ziel von Tumorzellen. Dies liefert neue Erkenntnisse zur Verbesserung der Ansprechrate bestehender Therapien und zur Entwicklung neuer Immuntherapien.
Lijian Wu, Doktorand an der Abteilung für Grundlagenmedizin der Medizinischen Fakultät der Universität Tsinghua, ist Erstautor der Abhandlung. Deng Pan von der Medizinischen Fakultät der Universität Tsinghua, Zeng Zexian vom Zentrum für Quantitative Biologie der Universität Peking und Wang Fubing vom Zhongnan-Krankenhaus der Universität Wuhan sind die weiteren Korrespondenten.
