免疫治疗已在多种不同类型的肿瘤中显示出临床疗效和持久性，其策略包括免疫检查点抑制剂阻断疗法（ICB）和过继性T细胞治疗（ACT）。然而，在肿瘤微环境（TME）中或慢性病毒感染期间，CD8⁺T细胞经常经历朝向耗竭的分化轨迹。这种耗竭状态导致T细胞功能障碍和持久性差。这对有效的基于T细胞的免疫疗法提出了重大挑战。因此，确定控制T细胞持久性同时限制分化向耗竭的因素对于设计合理的策略以延长抗肿瘤T细胞应答是必不可少的。

2024年12月，来自中国医学科学院系统医学研究院/苏州系统医学研究所的李贵登研究员及其研究团队在肿瘤学TOP期刊Cancer Cell（IF=48.8）发表了题为“Mannose metabolism reshapes T cell differentiation to enhance anti-tumor immunity”的文章。本研究通过单细胞转录、转录组以及非靶向代谢等多组学数据分析，探究了甘露糖代谢如何通过影响T细胞的分化来增强抗肿瘤免疫功效。文中转录组、单细胞转录组和非靶向代谢组检测服务由诺禾致源提供。

研究思路

研究结果

1.甘露糖代谢紊乱与T细胞耗竭正相关

为了阐明代谢调节在塑造T细胞功能和衰竭分化中的复杂作用，作者通过不同癌症人类患者的样本以及ACT背景下的小鼠肿瘤T细胞耗竭模型的单细胞转录数据发现了与终末耗竭T细胞（Tex）相比，祖细胞耗竭T细胞（Tpex）簇中只有碳水化合物代谢的两条通路——糖酵解/糖异生和果糖/甘露糖代谢是共同的差异较为显著的富集通路（图1A-C）。而在小鼠LCMV慢性感染的单细胞数据中，只有在果糖/甘露糖代谢通路中发现发现Tpex显著高于Tex（图1C、1D），说明甘露糖代谢减少促进T细胞耗竭。之后作者假设甘露糖代谢的增强可以增强T细胞的抗肿瘤功能，给接受ACT的B16-OVA小鼠口服D-甘露糖，发现其改善了肿瘤控制，并增加了肿瘤内OT-I T细胞的百分比和数量。实验结果发现，来自D-甘露糖处理的小鼠的肿瘤特异性OT-I TIL表现出增强的干细胞性和增殖潜力，同时显示出朝向耗竭的分化减少（图1O-Q）。

图1 甘露糖代谢紊乱与T细胞耗竭正相关

2. D-甘露糖处理促进体外干细胞样T细胞表型

作者评估了D-甘露糖补充是否可以在体外T细胞扩增期间影响T细胞分化（图2A），发现体外D-甘露糖补充轻微损害T细胞扩增，但显著增加了CD44⁺CD62L⁺T_cm细胞的百分比和总数以及TCF 1表达，抑制T细胞凋亡（图2B-2D）。并且使得细胞干细胞性标志物——Sca-1表达升高，表明T细胞响应于D-甘露糖处理获得干细胞样T细胞表型。为了进一步表征T细胞的转录谱，作者进行了批量RNA-seq分析，并观察到D-甘露糖处理导致显著的转录变化，其特征在于干样表型基因的显著增加和效应基因减少（图2 M）。这表明D-甘露糖处理显著降低了T细胞耗竭标志物的表达，同时增强了T细胞干细胞性。

图2 D-甘露糖处理促进体外干细胞样T细胞表型

3.D-甘露糖介导T细胞代谢编程并保留表观遗传干细胞

作者进一步研究了发现D-甘露糖处理的T细胞在体外表现出较低的糖酵解水平，与先前的发现一致，即D-甘露糖处理破坏肿瘤细胞中的细胞内糖酵解。通过非靶向代谢组学分析，发现D-甘露糖处理增加了T细胞内糖酵解和三羧酸（TCA）循环中中间代谢产物的丰度（图3B）。特别是α-KG，其是调节DNA和组蛋白甲基化的关键代谢物。因此作者使用CUT&Tag-seq全面探索了D-甘露糖扩增的T细胞中组蛋白修饰H3K4me3和H3K27me3的表观遗传景观发现了D-甘露糖对编程细胞内TCA代谢和保留T细胞中的表观遗传干细胞性的深远影响。

图3 D-甘露糖介导T细胞代谢编程并保留表观遗传干细胞

4.D-甘露糖处理驱动β-连环蛋白的O-GlcNAc酰化并维持其在T细胞中的稳定性

D-甘露糖可以转化为果糖-6-磷酸，有利于糖酵解或进入己糖胺生物合成途径（HBP）来合成UDP-GlcNAc，其作为O-GlcNAc酰化的糖供体，可以使β-N-乙酰葡糖胺添加到核和细胞质蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基上（图4A）。通过非靶向代谢组学分析发现D-甘露糖处理的T细胞中，与HBP途径相关的细胞内代谢物发生了显著变化，UDP-GlcNAc水平下降（图4 B）。β-连环蛋白可以激活Wnt通路信号传导并且是O-GlcNAc酰化的潜在靶点。后续分析发现， D-甘露糖处理提高了细胞内β-连环蛋白的O-GlcNAc酰化水平（图4D），其通过OGT（蛋白质O-GlcNAc化调节酶）激活Wnt/β-连环蛋白信号通路，这增强了O-GlcNAc酰化和β-连环蛋白的稳定性，从而增加了TCF 1的表达并促进了T细胞中的干细胞样表型。

图4 D-甘露糖处理驱动β-连环蛋白的O-GlcNAc酰化并维持其在T细胞中的稳定性

5.D-甘露糖扩增的T细胞在体内表现出增强的抗肿瘤功效

为了评估D-甘露糖诱导的干细胞样T细胞是否增强体内抗肿瘤功效，作者采用了B16-OVA黑色素瘤细胞和OVA特异性T细胞的ACT模型，所述细胞在有或没有D-甘露糖的情况下离体活化和培养（图5A）。与未处理的对照T细胞相比，D-甘露糖扩增的T细胞表现出增强的肿瘤生长抑制。此外，D-甘露糖扩增的T细胞的小鼠中，肿瘤部位、血液、TDLN和脾脏内转移的OT-I T细胞的百分比和数量显著更高（图5B、C）。此外，在K562-CD19异种移植模型中也同样验证了其抗肿瘤功能（图5）。并且D-甘露糖处理还可以改善荷瘤小鼠的总体存活率（图5 U和5V）。这些发现证明D-甘露糖扩增的T细胞表现出增强的抗肿瘤作用。

图5 D-甘露糖扩增的T细胞在体内表现出增强的抗肿瘤功效

小编总结

本研究中，作者证明了甘露糖代谢紊乱是T细胞耗竭的显著特征并导致其功能障碍。使用D-甘露糖处理可以增强T细胞中的甘露糖代谢从而促进干细胞样分化和持续的长期扩增，这对体内肿瘤控制的改善有益。从机制上来说，D-甘露糖处理诱导了细胞内代谢编程并通过O-GlcNAc转移酶（OGT）激活Wnt信号通路，其介导O-GlcNAc酰化增加和β-连环蛋白的稳定化，这些发现强调了甘露糖代谢作为T细胞功能的生理调节剂的作用，并突出了其作为免疫治疗的有希望的干预靶点的潜力。

参考文献：

[1] Qiu Y, Su Y, Xie E, et al. Mannose metabolism reshapes T cell differentiation to enhance anti-tumor immunity[J]. Cancer Cell. 2025;43(1):103-121.e8.