癌癥通過(guò)逃避免疫系統(tǒng)而“猖狂”，搞清楚各種免疫逃避策略是癌癥免疫療法的關(guān)鍵。哎！線粒體轉(zhuǎn)移，就是其中一種！But！見(jiàn)招拆招，一起來(lái)看看到底咋回事兒~


01
腫瘤與免疫

免疫細(xì)胞與癌細(xì)胞就像是兩軍對(duì)戰(zhàn)，抗?fàn)幰丫谩?strong>癌細(xì)胞相當(dāng)“狡猾”！不斷通過(guò)免疫檢查點(diǎn)分子逃避 T 細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤免疫。比如，癌細(xì)胞會(huì)高表達(dá) PD-L1，可與 T 細(xì)胞表面的 PD-1 結(jié)合，“蒙蔽”T 細(xì)胞，使 T 細(xì)胞誤以為是同類，從而實(shí)現(xiàn)免疫逃逸。此外，癌細(xì)胞會(huì)促使一些免疫細(xì)胞表達(dá)更多的 CTLA-4 受體，這種蛋白會(huì)傳遞“剎車”指令，抑制 T 細(xì)胞對(duì)自己的殺傷作用。

圖 1. CTLA-4 和 PD-1 的圖示^[1]。

于是，見(jiàn)招拆招！科研家們開(kāi)發(fā)了多種腫瘤免疫療法，如免疫檢查點(diǎn)阻斷 (Immune checkpoint blockade, ICB)，使用抗 CTLA-4 或抗 PD-1 抗體阻斷 CTLA-4 和 PD-1 的結(jié)合，抑制 T 細(xì)胞中的這些抑制信號(hào)，從而改善腫瘤細(xì)胞的根·除。
然而，癌細(xì)胞為了"活命"也是花樣百出。這不，Tanmoy Saha 等人首·次研究了癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的線粒體運(yùn)輸，發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞可以通過(guò)納米管介導(dǎo)“偷走”免疫細(xì)胞線粒體，癌細(xì)胞不僅獲得了代謝功能，而且在此過(guò)程中也嚴(yán)重地使免疫細(xì)胞喪失功能^[2]。
02
癌細(xì)胞“偷走”線粒體

癌細(xì)胞伸出"魔爪"—納米管

研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，將不同的鼠/人類乳腺癌細(xì)胞與效應(yīng)免疫細(xì)胞 (如自然殺傷 T 細(xì)胞 (NKT) 或 CD3+ /CD8⁺ T 細(xì)胞) 共培養(yǎng)，并使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 (FESEM) 檢查共培養(yǎng)中的細(xì)胞間相互作用。有趣的是，F(xiàn)ESEM 圖像分析顯示癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞通過(guò)納米級(jí)管狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理連接 (圖 1a-d)。在某些情況下，發(fā)現(xiàn)來(lái)自癌細(xì)胞的單個(gè)納米管與幾個(gè)免疫細(xì)胞串聯(lián)連接并與免疫細(xì)胞膜形成多個(gè)接觸 (圖 1d)。

圖 2. 癌細(xì)胞和效應(yīng)免疫細(xì)胞通過(guò)物理納米管連接^[2]。

此外，在某些情況下，納米管會(huì)聚集形成更厚的納米管?？刹灰∏屏诉@個(gè)納米管，它可是能做不少“壞事兒”。很快，研究人員發(fā)現(xiàn)，納米管介導(dǎo)免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的線粒體轉(zhuǎn)移。


 納米管狀結(jié)構(gòu)
納米管狀結(jié)構(gòu)除了參與免疫細(xì)胞之間的細(xì)胞間通訊外，也能介導(dǎo) HIV 病毒在 T 細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)移、朊病毒在神經(jīng)元之間的轉(zhuǎn)移，賦予癌細(xì)胞生存優(yōu)勢(shì)和轉(zhuǎn)移。納米管還能進(jìn)行細(xì)胞間細(xì)胞器運(yùn)輸，比如上皮細(xì)胞之間線粒體的轉(zhuǎn)移。

納米管："偷走"T 細(xì)胞線粒體

首先，研究人員使用 MitoTracker Green (一種綠色熒光探針) 標(biāo)記了自然殺傷 T 細(xì)胞 (NKT) 中的線粒體。其次，清洗免疫細(xì)胞以去除任何未結(jié)合的染料。然后，將該免疫細(xì)胞添加到轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞培養(yǎng)物中。
該細(xì)胞一開(kāi)始沒(méi)有任何標(biāo)記的線粒體。然而，在共培養(yǎng)后 16 h，觀察到癌細(xì)胞中出現(xiàn)大量點(diǎn)狀綠色熒光 (圖 2)，這與線粒體從免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)移到癌細(xì)胞一致。使用鬼筆環(huán)肽紅染色納米管中的 F-肌動(dòng)蛋白，可觀察到 MitoTracker 標(biāo)記的線粒體在納米管內(nèi)共定位 (圖 2)，支持通過(guò)納米管進(jìn)行線粒體運(yùn)輸。

圖 3. MitoTracker-Green 標(biāo)記的線粒體從免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)移到癌細(xì)胞^[2]。

此外，測(cè)試了線粒體轉(zhuǎn)移的方向性，結(jié)果表明，線粒體的運(yùn)輸主要是單向的——從免疫細(xì)胞到癌細(xì)胞。

免疫細(xì)胞：災(zāi)難！要無(wú)法呼吸了

接下來(lái)，研究人員通過(guò)代謝分析研究了線粒體轉(zhuǎn)移對(duì)癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞的影響。在免疫細(xì)胞中觀察到呼吸能力顯著降低，相反，癌細(xì)胞表現(xiàn)出更高的呼吸能力。此外，觀察到共培養(yǎng)試驗(yàn)中免疫細(xì)胞數(shù)量在 16 h 內(nèi)顯著減少，癌細(xì)胞則表現(xiàn)出明顯更高的生長(zhǎng)。
作者進(jìn)一步通過(guò)敲低參與納米管形成 (Sec3 和 Sec5) 和線粒體運(yùn)輸 (Mirol) 的蛋白質(zhì)，清楚地建立了線粒體轉(zhuǎn)移是由納米管介導(dǎo)機(jī)制驅(qū)動(dòng)的。于是，選用了一種已經(jīng)被描述的納米管形成抑制劑，L-778123 (可在非細(xì)胞毒性濃度下有效抑制納米管的形成)。同時(shí)，Saha 等人將抗 PD1 抗體與 L-778123 結(jié)合，在乳腺癌小鼠模型中進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與 PD1 單獨(dú)治療相比，L-778123 聯(lián)合 PD1 阻斷顯著增加了腫瘤內(nèi) T 細(xì)胞的活化和浸潤(rùn)，導(dǎo)致腫瘤進(jìn)展延遲，動(dòng)物存活時(shí)間延長(zhǎng) (圖 3b)。

圖 4.線粒體劫持的藥物阻斷可提高 T 細(xì)胞抗腫瘤免疫^[3]。

a. 癌細(xì)胞納米管介導(dǎo)的 T 細(xì)胞線粒體劫持 (藍(lán)色) 增強(qiáng)了癌細(xì)胞代謝，同時(shí)損害了T細(xì)胞活化 (即 CD69)、增殖和效應(yīng)物功能，從而限制了癌癥免疫治療的療效 (αPD1)。

b. L-778123 抑制納米管形成，可防止線粒體“盜竊”，從而增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)抑制劑引發(fā)的抗腫瘤 T 細(xì)胞免疫反應(yīng)。

03
T 細(xì)胞“充電”！

線粒體的丟失和功能障礙導(dǎo)致 T 細(xì)胞衰竭，這使 T 細(xì)胞免疫療法成功的主要障礙。不過(guò)，近期，研究人員發(fā)現(xiàn)，骨髓基質(zhì)細(xì)胞 (BMSC) 與 T 細(xì)胞也可建立納米管連接，并利用其將基質(zhì)細(xì)胞線粒體移植到 CD8⁺ T 細(xì)胞中，變身“超·強(qiáng) T 細(xì)胞”！

免疫細(xì)胞：納米管，我也可以！

相似地，研究人員對(duì)人類/小鼠 BMSC 和物種匹配的 CD8⁺ T 細(xì)胞進(jìn)行了共培養(yǎng)研究。24 h 后固定細(xì)胞并使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 (FESEM) 檢查，發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的納米管結(jié)構(gòu)在人類/小鼠 BMSC 和 CD8⁺ T 細(xì)胞中存在物理連接 (圖 4)。

圖 5. FESEM 圖像顯示人類 (a 和 b) 和小鼠 (c 和 d) 共培養(yǎng)物中 BMSCs 和 CD8⁺ T 細(xì)胞之間的納米管 (黃色箭頭)^[4]。

從 BMSC 運(yùn)輸線粒體到 CD8⁺ T 細(xì)胞

為了確定線粒體是否確實(shí)在納米管內(nèi)從 BMSC 運(yùn)輸?shù)?CD8⁺ T 細(xì)胞，作者使用 dsRed (紅色熒光蛋白) 標(biāo)記 BMSC 的線粒體亞基蛋白 (COX8A)(稱為 Mito-dsRed)，并使用共聚焦顯微鏡觀察 BMSC 與 CD8⁺ T 細(xì)胞的共培養(yǎng)。共培養(yǎng) 24 h 后，觀察到部分人類和小鼠的 CD8⁺ T 細(xì)胞中均獲得了 dsRed 紅色熒光信號(hào) (圖 5)。表明納米管內(nèi)部出現(xiàn)線粒體轉(zhuǎn)移 (紅色箭頭)。

圖 6. 細(xì)胞間納米管介導(dǎo)線粒體從 BMSC 運(yùn)輸?shù)?CD8⁺ T 細(xì)胞^[4]。

同時(shí)，使用 Phalloidin Green (鬼筆環(huán)肽，綠色熒光) 和 DAPI 染色。納米管內(nèi) DAPI 和 dsRed 信號(hào)的共定位 (圖 5a) 表明完整的線粒體從 BMSCs 運(yùn)輸?shù)?CD8⁺ T 細(xì)胞。

也就是說(shuō)，癌細(xì)胞雖然可通過(guò)納米管“偷走”T細(xì)胞的線粒體，但免疫細(xì)胞也為自己開(kāi)辟了一條“充電通道”：通過(guò)納米管介導(dǎo)小鼠和人類細(xì)胞中線粒體從 BMSC 到 CD8⁺ T 細(xì)胞的細(xì)胞間運(yùn)輸。

T 細(xì)胞："變身"超·強(qiáng) T 細(xì)胞

線粒體的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)是產(chǎn)生能量，主要通過(guò)有氧呼吸。研究人員進(jìn)一步評(píng)估了供體線粒體對(duì) CD8⁺ T 細(xì)胞呼吸的影響。發(fā)現(xiàn) BMSC 線粒體移植增強(qiáng)了 CD8⁺ T 細(xì)胞代謝適應(yīng)性，表現(xiàn)出明顯更高的基礎(chǔ)呼吸和備用呼吸能力 (SCR)。

此外，線粒體轉(zhuǎn)移增強(qiáng) CD8⁺ T 細(xì)胞對(duì)實(shí)體腫瘤的抗腫瘤免疫力。轉(zhuǎn)移的線粒體賦予了更強(qiáng)的細(xì)胞植入和擴(kuò)增，能有效地浸潤(rùn)腫瘤，介導(dǎo)更強(qiáng)勁的腫瘤消退，顯著延長(zhǎng)了小鼠的生存期。同時(shí)賦予了 T 細(xì)胞對(duì)衰竭的抵抗力，并促進(jìn)了向強(qiáng)效的細(xì)胞毒性效應(yīng)細(xì)胞的分化。

更重要的是！線粒體轉(zhuǎn)移帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)能夠長(zhǎng)期維持并跨越連續(xù)分裂。也就是說(shuō)，這些“超·強(qiáng) T 細(xì)胞”獲得的線粒體可以重復(fù)分裂傳遞給子細(xì)胞。在轉(zhuǎn)移過(guò)程發(fā)生 1 個(gè)月后，“超·強(qiáng) T 細(xì)胞”仍然擁有更多的線粒體。
04
小結(jié)

癌細(xì)胞與免疫細(xì)胞之間的“對(duì)決”始終沒(méi)有結(jié)束，腫瘤免疫治療仍有許多待開(kāi)發(fā)之處，納米管介導(dǎo)的線粒體轉(zhuǎn)移也再次證明了線粒體的重要作用。希望這兩篇高分文獻(xiàn)能夠給大家?guī)?lái)新的啟發(fā)~

參考詳情：
[1] Wang DR, et al. Therapeutic targets and biomarkers of tumor immunotherapy: response versus non-response. Signal Transduct Target Ther. 2022 Sep 19;7(1):331. 

[2] Saha T, et al. Intercellular nanotubes mediate mitochondrial trafficking between cancer and immune cells. Nat Nanotechnol. 2022 Jan;17(1):98-106. 
[3] Baldwin JG, et al. Cancer cells hijack T-cell mitochondria. Nat Nanotechnol. 2022 Jan;17(1):3-4.    
[4] Baldwin JG, et al. Intercellular nanotube-mediated mitochondrial transfer enhances T cell metabolic fitness and antitumor efficacy. Cell. 2024 Nov 14;187(23):6614-6630.e21.