Nature Immunology：饮食代谢记忆决定抗肿瘤免疫：高脂诱导CD8⁺ T细胞持久代谢损伤

嘌呤补救途径保护CD8⁺ T细胞免受代谢应激影响

2026年4月，日本京都大学等单位的相关研究人员在 《Nature Immunology》 （IF:27.6）上发表了题为“Purine salvage pathway protects CD8⁺ T cells from metabolic stress”的研究论文，通过增强促进嘌呤回收和生物蝶呤合成途径的代谢物，可以改善代谢功能障碍，从而为肥胖及既往肥胖患者的免疫治疗提供了新策略。

  亮点概述：

• 短期摄入高脂饮食（HFD）在恢复正常饮食10周后，仍可持续损伤抗肿瘤免疫功能。
• HFD诱导代谢组学改变，包括易受过氧化作用影响的磷脂富集以及抗氧化剂耗竭。
• 在氧化应激下，CD8⁺ T细胞通过黄嘌呤回收途径产生鸟苷三磷酸（GTP），进而增加四氢生物蝶呤（BH4）的合成。
• 补充黄嘌呤可降低肿瘤引流淋巴结中的脂质过氧化水平，并改善先前食用HFD小鼠的抗肿瘤免疫功能。

  研究背景：

慢性氧化应激是HFD和肥胖的一个标志。脂质供应过剩会增加线粒体电子流，并下调抗氧化酶的表达，从而导致活性氧（ROS）的积累。此外，HFD通过使细胞膜富含多不饱和脂肪酸（PUFAs），会增强细胞对脂质过氧化和铁死亡的敏感性。为适应过度的氧化应激，细胞（包括T细胞）会启动主要的抗氧化防御机制，如谷胱甘肽和硫氧还蛋白通路。其他抗氧化防御机制还包括BH4，这是一种氧化还原敏感的辅因子，也是由GTP合成的强效脂质-ROS清除剂。BH4的生物合成、其氧化为二氢生物蝶呤（BH2）以及随后的回收过程，将核苷酸代谢与细胞抗氧化能力联系起来。BH4的有效性对于自身免疫性疾病和癌症中的T细胞扩增和效应功能至关重要。然而，T细胞如何在高度氧化和富含脂质的环境（特别是由HFD引起的环境）中维持其BH4库，仍然知之甚少。

  研究结果：

研究人员将野生型C57BL/6N小鼠喂食HFD（脂肪供能60%）6周，随后将其转为正常饮食（AIN-93M，脂肪供能10%）再喂养6周（转换饮食组，简称SD）。持续喂食HFD 12周的野生型小鼠（以下简称HFD）或正常饮食小鼠（以下简称ND）作为对照。为了评估SD小鼠的抗肿瘤反应，在第12周将Lewis肺癌（LLC）细胞皮内注射到喂食ND、SD或HFD小鼠的腹侧。接种肿瘤后第28天，观察到与ND小鼠相比，SD和HFD小鼠肿瘤体积显著更大，其肿瘤引流淋巴结（LNs）内及肿瘤浸润的CD8⁺ T细胞数量均明显减少，且肿瘤浸润CD8⁺ T细胞分泌的IFNγ、穿孔素和颗粒酶B水平更低，而脾脏中CD8⁺ T细胞数量无明显差异。为了检验CD8⁺ T细胞的细胞毒性作用是否依赖于抗原，从喂食ND、SD或HFD的OT-I Rag2^−/−小鼠中分离出第12周的脾脏CD8⁺ T细胞，并与卵白蛋白（OVA）和表达GFP的小鼠结肠腺癌（MC38）细胞共培养。结果发现与来自ND OT-I Rag2^−/−小鼠的CD8⁺ T细胞相比，来自SD和HFD OT-I Rag2^−/−小鼠的CD8⁺ T细胞在培养中，OVA-GFP⁺ MC38细胞内的Annexin V⁺细胞百分比显著较低，这表明短暂或持续暴露于HFD的CD8⁺ T细胞的肿瘤杀伤能力受损。

短期摄入高脂饮食会损害CD8⁺ T细胞的功能

接着，研究人员对第12周从ND、SD和HFD小鼠脾脏中分选出的CD8⁺ T细胞进行总细胞脂质组学分析。基于排名的LION富集分析显示，SD和HFD小鼠的CD8⁺ T细胞中与膜脂质和PUFAs相关的通路富集。与ND小鼠相比，SD和HFD小鼠体内富含许多含有PUFA的过氧化敏感性磷脂，以及神经酰胺。神经酰胺通常被认为参与形成膜脂筏，介导与细胞死亡、增殖或效应功能相关的信号级联反应，这表明HFD可能改变CD8⁺ T细胞中的膜脂质。为探究饮食诱导的脂质变化是否影响其他代谢通路，研究人员对小分子水溶性代谢物进行检测，结果显示，与ND小鼠相比，SD和HFD小鼠CD8⁺ T细胞中差异最显著的代谢物富集于嘌呤代谢及谷胱甘肽代谢通路。在嘌呤代谢通路中，SD和HFD小鼠CD8⁺ T细胞中黄嘌呤的含量下降最为显著。因此，短期摄入HFD会导致CD8⁺ T细胞中与过氧化及嘌呤代谢相关的特定脂质种类和代谢物发生持久性改变。

HFD诱导CD8⁺ T细胞发生持久代谢重塑

鸟嘌呤核苷酸对许多关键的生物活动至关重要，因为它们既是能量来源、信号信使，同时也是生成GTP下游代谢物（如BH4和BH2）的中间产物。BH4合成的限速酶GTP环水解酶1（GCH1）的基因失活会降低T细胞的增殖，而过表达则会增强抗肿瘤反应。¹⁵N₂-黄嘌呤示踪显示，在未添加2-巯基乙醇（2-ME）的情况下，CD8⁺ T细胞中超过80%的BH2和BH4源自¹⁵N₂-黄嘌呤。为了检验黄嘌呤-GTP-生物蝶呤轴在氧化应激下CD8⁺ T细胞存活中的重要性，研究人员使用CRISPR靶向技术在CD8⁺ T细胞中敲除GCH1。在用CD3 + CD28单克隆抗体激活的GCH1敲除（KO）CD8⁺ T细胞中，黄嘌呤的促存活效应消失，但BH2的促存活效应并未消失。将GCH1 KO OT-I CD8⁺ T细胞通过异种移植转移到接种MC38-OVA细胞的ND野生型小鼠体内，其抑制肿瘤生长的效率低于对照组I-E KO OT-I CD8⁺ T细胞，而腹腔注射BH2则恢复其抗肿瘤能力。这些结果表明，黄嘌呤为BH4提供能量对于CD8⁺ T细胞在氧化应激条件下的存活至关重要，且生物蝶呤在T细胞介导的抗肿瘤反应中起着关键作用。

生物蝶呤可增强CD8⁺ T细胞的抗肿瘤活性

接下来，研究人员利用体外培养实验探究黄嘌呤和生物蝶呤是否能预防CD8⁺ T细胞的铁死亡。在培养基中添加黄嘌呤、BH4、BH2和墨蝶呤后，氧化条件下激活的CD8⁺ T细胞的存活比例增加2到3倍，氧化脂质显著减少。添加墨蝶呤还原酶抑制剂QM385可消除黄嘌呤对CD8⁺ T细胞存活的影响，但未影响BH2的作用，而添加二氢叶酸还原酶抑制剂甲氨蝶呤（该抑制剂阻断BH2向BH4的回收）则削弱BH2的作用。在缺乏2-ME的条件下，向已激活的ND野生型小鼠脾脏CD8⁺ T细胞中添加黄嘌呤、BH2、BH4和墨蝶呤，可降低氧化还原活性Fe²⁺的含量。其中添加黄嘌呤会导致二氧化和三氧化脂质种类显著减少，其水平与ferrostatin-1相当，甚至更低。

随后，研究人员对在缺乏2-ME的条件下，经CD3 + CD28激活并分别添加黄嘌呤、次黄嘌呤、BH2或对照处理的ND野生型小鼠脾脏CD8⁺ T细胞进行蛋白质组学分析。与铁摄取和代谢相关的蛋白质表达，如转铁蛋白（TF）、转铁蛋白受体蛋白1（TFRC）、乳铁蛋白（LTF）、铁响应元件结合蛋白2（IREB2）、血红素氧合酶1（HMOX1）及线粒体铁转运蛋白（SLC25A37）等，其表达水平在嘌呤和BH2处理下均有所下降，而在次黄嘌呤处理下，其下降程度较对照组更为轻微。参与脂质合成的酶（如PUFAs合成所必需的ACSL4和LPCAT3）的表达，在黄嘌呤和BH2作用下增加，而在次黄嘌呤作用下下调。而参与脂质过氧化物生成的下游酶，如NADPH-细胞色素P450还原酶（POR）或过氧化物酶体生物发生因子10（PEX10），其表达水平在黄嘌呤、BH2和次黄嘌呤处理组中均较对照组有所下降。这些结果表明，来源于黄嘌呤回收途径的BH4在调控氧化应激条件下激活的CD8⁺ T细胞中的脂质过氧化和铁死亡过程中起着关键作用。

生物蝶呤可抑制CD8⁺ T细胞的铁死亡

接下来，研究人员测试补充黄嘌呤和BH2是否会影响SD小鼠的抗肿瘤反应。在接种LLC细胞后，每周3次腹腔注射黄嘌呤或BH2，持续4周，可显著延缓SD和HFD小鼠的肿瘤生长。对LLC移植小鼠氧化脂质的测定显示，与ND小鼠相比，SD和HFD小鼠的肿瘤引流LNs中PC38:4的氧化水平显著升高。而注射黄嘌呤的SD和HFD小鼠中，PC38:4;O的水平降低，降至与ND小鼠非引流LNs及肿瘤引流LNs中观察到的水平相当。通过腹腔注射¹⁵N₂-黄嘌呤进行体内示踪实验表明，与SD或HFD小鼠相比，ND小鼠肿瘤引流LNs中由黄嘌呤转化的BH4含量更高。此外，与肿瘤接种后第15天分选出的相应LLC细胞相比，所有ND、SD和HFD小鼠的肿瘤引流LNs中¹⁵N₂ BH4的含量高出2到3倍。研究人员进一步探究黄嘌呤及其在肿瘤细胞内代谢流的影响。体外实验显示，向LLC细胞中添加2 mM黄嘌呤或次黄嘌呤，可分别使细胞内黄嘌呤和次黄嘌呤的含量增加2倍和3倍。使用2 mM ¹⁵N₂-黄嘌呤进行的示踪实验表明，培养的LLC细胞中超过80%的GMP、GDP和GTP源自黄嘌呤，这表明黄嘌呤回收途径在肿瘤细胞中同样活跃，尽管肿瘤细胞对黄嘌呤的摄取效率低于活化的CD8⁺ T细胞。

黄嘌呤和生物蝶呤可增强体内抗肿瘤反应

综上所述，CD8⁺ T细胞中的代谢应激在恢复均衡饮食后仍会持续很长时间，并表现为对铁死亡的易感性，而通过黄嘌呤回收途径补充生物蝶呤可缓解这一现象，为肥胖及既往肥胖患者的免疫治疗提供了新策略。