免疫代謝重編程：中醫藥治療結腸癌的新視角

余飛浩 黃潔 程念 趙海梅 劉端勇 王紅 （.江西中醫藥大學研究生院 南昌 0004；.江西中醫藥大學中醫學院 南昌 0004；.南昌市第三醫院腫瘤科 南昌 0009）

結腸癌是最常見的惡性腫瘤之一，國際癌癥研究機構2020 年癌癥負擔年報數據表明，結腸癌在國內新發病率升至第二，僅次于肺癌。20 世紀初，生理學家Otto Warburg 首次提出在有氧條件下癌細胞優先選擇了糖酵解作為能量獲取的主要途徑。代謝途徑改變，代謝產物的環境亦隨之變化，這種細胞內能量代謝主要途徑改變的現象被稱為代謝重編程［1-2］。結腸癌的癌細胞和免疫細胞也由于乳酸脫氫酶（LDH）［3］、線粒體TNF 受體關聯蛋白（TRAP）［4］、轉錄調控因子（YY1）［5］等的參與，其代謝途徑發生了重編程，暗示調節免疫代謝重編程可能為有效防治結腸癌的重要策略之一。中醫藥具有良好的防治結腸癌，提高結腸癌患者生活質量的優勢，尤其是其改善機體代謝狀態和途徑的作用優勢明顯。在我們的大量前期研究中，已證明中醫藥可以通過調節各種免疫細胞亞群的數量和功能，有效治療結腸癌的癌前重要誘因——急慢性結腸炎［6-8］。為了明確免疫代謝在中醫防治結腸癌中的角色定位，此文全面概括了各種免疫細胞的代謝重編程及在結腸癌發病中的作用，同時凝練綜述了中醫藥在優化結腸癌免疫環境，改善癌細胞及免疫細胞代謝重編程的作用與可能機制，以探索中醫藥防治結腸癌可能的新視角。

1 免疫細胞代謝重編程

為了更高效率地合成、利用能量，滿足自身增殖以及激活的需求，免疫細胞亦會表現出與腫瘤細胞類似的代謝重編程特征［9］。層出迭見的研究結果提示，免疫細胞能否實現更高效率的增殖分化、活化成熟，關鍵點可能在于不同的能量代謝方式的調度。自身生物合成需求的暴漲使它們更偏好采取某些補充性代謝途徑來獲取能量［10］。同時，代謝途徑上某些樞紐性的重要基因及蛋白酶的異常表達亦可直接或間接影響免疫細胞的功能。換言之，免疫細胞代謝途徑的選擇與其效應功能的發揮桴鼓相應。在某種程度上，改變免疫代謝對重塑免疫細胞功能具有指向性意義。

1.1 固有免疫細胞代謝重編程

1.1.1 巨噬細胞代謝重編程 腫瘤微環境中細胞因子的改變會誘導抑炎樣巨噬細胞大量募集，巨噬細胞亞群失衡［11-12］。作為機體固有免疫的重要組成部分，巨噬細胞（M）可分為Ⅰ型巨噬細胞（M1）和Ⅱ型巨噬細胞（M2）兩個亞群，其效應能力不相同，代謝途徑也各不相同［13］。M1 能量主要來源于產能速率更高的糖酵解途徑，以滿足其促炎、抑菌時能量的快速消耗［14］；而M2 主要依賴于有氧氧化代謝，高效產能的氧化磷酸化（OXPHOS）與脂肪酸代謝對于M2 抑制免疫清除具有重要意義。M2 巨噬細胞亞群在活化后明顯增大了對氧氣的消耗，當OXPHOS 過程被抑制時，M2 的活化也受到影響［15］。研究發現M1 細胞可以通過增強腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體（TRAIL）的表達，降低結腸癌腫瘤微環境中M2 細胞群的占比，減緩結腸癌的進展［16］。腫瘤微環境中，巨噬細胞被重新定義為腫瘤相關巨噬細胞（TAM），TAM 的組成以M2 細胞為主。在結腸癌小鼠模型中，相比起腫瘤內其他細胞系，TAM 對氟代脫氧葡萄糖（FDG）攝取能力更強，上調并維持了強大的葡萄糖代謝活性，而癌細胞更偏好于提高谷氨酰胺的利用率支持代謝需求［17］。因此，M1、M2 細胞和結腸癌細胞不同的代謝方式可為我們判斷腫瘤微環境的組成提供依據，并為藥物研發靶點提供思路。

1.1.2 樹突狀細胞代謝重編程 樹突狀細胞（DCs）是一類以攝取、加工處理和呈遞抗原功能的固有免疫細胞。DCs 識別抗原并被激活后，發生一系列代謝變化以促進成熟。未成熟的DCs 以OXPHOS 為主要代謝途徑，成熟后轉變為糖酵解［18］。這種代謝轉變過程可由缺氧誘導因子-1（HIF-1α）和Toll 樣受體介導，或伴隨著PI3K-AKT 信號途徑的活化［19］。活化過程中，糖酵解上調所產生的中間產物是脂肪酸從頭合成的營養來源，也是DCs 活化的必要條件［20］。

在低糖低氧的腫瘤微環境中，DCs 對糖的競爭力不如癌細胞，細胞內脂質積累又會導致脂類代謝受阻，因此DCs 的激活和生存都受到明顯阻礙，促進T 細胞反應的能力顯著下調［21］。以黑色素瘤為例，腫瘤細胞誘導DC 通過Wnt5a-β-連環蛋白-PPAR-γ 信號通路，上調肉堿棕櫚酰轉移酶-1α（CPT1α）脂肪酸轉運蛋白的表達，驅動DCs 的脂肪酸氧化（FAO）過程，同時還可以誘導DCs 代謝從糖酵解向OXPHOS 轉化，導致DCs 功能障礙［22-23］。漿細胞樣樹突細胞（pDCs）屬于分化成熟的DC 細胞的一個亞群，是獲得性抗腫瘤免疫的主力軍之一，能更強誘發T 細胞介導的抗腫瘤反應。pDCs 浸潤程度與結腸癌患者的生存率呈顯著正相關［24］。另外，利用負載著來源于結腸癌的腫瘤干細胞的外泌體的DCs 對HT-29 系結腸癌細胞進行體外刺激發現，經外泌體處理的DCs 能更好刺激T 細胞增殖，并定向對結腸癌腫瘤干細胞產生細胞毒性［25］。盡管結腸癌發生過程DCs 代謝水平和途徑發生何種變化還并不明確，但DCs 的數量、成熟狀態、功能發揮都對結腸癌有無法忽視的影響，所以針對DCs 代謝重編程設計免疫治療靶點是潛在的可能治療方向［26］。

1.1.3 粒細胞代謝重編程 粒細胞來源于骨髓，識別免疫信號后被募集至血液發揮免疫作用，依據細胞內顆粒瑞氏染色特點分為中性、嗜酸性和嗜堿性三型。粒細胞產生ATP 的主要途徑是糖酵解，其中中性粒細胞的能量合成更多依賴于補償性代謝途徑，包括糖酵解和磷酸戊糖途徑［27］。糖酵解的終產物乳酸在活化的粒細胞中的大量累積，側面印證了糖酵解途徑的增強。而作為糖酵解和磷酸戊糖途徑的“互通貨幣”，糖酵解的中間產物通過穿插至磷酸戊糖途徑中，產生NADPH以重要輔酶因子的角色介導粒細胞抗菌、細胞毒效應的介質H2O2的生成。粒細胞在缺氧炎性病灶中免疫殺傷能力的正常發揮正是得益于特殊的代謝嗜好。中性粒細胞上調糖酵解途徑的順利進行，離不開穿梭其中的3-磷酸甘油脫氫酶對于傳遞電子、保證氧化還原平衡的有力保障，避免了細胞由于線粒體膜電位的喪失大量釋放細胞色素C引導細胞更快地走向凋亡，使其可以更持久地發揮抗菌效應［28］。

粒細胞對于結腸癌的影響可能具有雙面作用。一方面，有臨床數據表明中性粒細胞與淋巴細胞組成比率（NLR）與結腸癌轉移及預后相關。NLR值越低，結腸癌患者越有可能出現結腸癌的淋巴結轉移。另一方面，也有學者指出中性粒細胞在結腸癌腫瘤微環境中的大量募集會抑制T 細胞的免疫效應［29］。在結腸癌小鼠模型中，Notch 信號過度活化，觸發趨化因子5（CXCL5）的產生，后者通過趨化因子受體2（CXCR2）招募中性粒細胞進入腫瘤。與此同時由Notch 信號驅動的轉化生長因子（TGF-β）大量產生，隨后與中性粒細胞上的TGF-β 受體樣激酶ALK5 結合，激活抑制程序，下調腫瘤微環境中的T 細胞反應，促進結腸癌的遠處轉移［30-31］。

1.1.4 NK 細胞代謝重編程 NK 細胞是機體抗感染、抗腫瘤免疫監視的第一道天然防線。短期免疫刺激使NK 細胞上調OXPHOS 的速率，然而當免疫刺激長期存在，糖酵解代替OXPHOS 成為NK 細胞的主要能量代謝途徑［32-33］。腫瘤的微環境中，高乳酸水平、低pH 值和高腺苷水平都強烈抑制了NK 細胞的細胞毒效應能力和增殖水平，且營養缺乏的惡劣環境加劇了代謝失調，間接促進了抗腫瘤能力的下降甚至喪失［34-35］。癌細胞過量釋放的TGF-β 調高了NK 細胞表面果糖-1、6-二磷酸酶（FBP1）的表達，NK 細胞糖酵解代謝被異常表達的FBP1 所抑制，最終導致其存活能力受損，效應功能紊亂［36］。NK 細胞數量、活化NK 細胞受體的表達水平，都與結腸癌風險大小密切相關［37］。而結腸癌細胞表面增殖細胞核抗原（PCNA）或凝集素樣轉錄物1（LLT1）活化抑制NK 細胞活性導致腫瘤細胞逃逸，而阻斷LLT1 或PCNA 與抗體的相互作用，增強了NK 細胞對癌細胞的特異性殺傷［38］。因此，通過重編程NK 細胞的代謝途徑，恢復NK 細胞的免疫效應能力或增殖能力可能是防治結腸癌的新思路。

1.2 適應性免疫細胞代謝重編程

1.2.1 T 淋巴細胞代謝重編程 T 細胞受體（TCR）與抗原的識別結合無異于細胞免疫防線上狼煙的燃起。T 細胞的級聯激活過程由此開啟，并觸發增殖和分化等一系列細胞反應。靜息狀態下的初始T 細胞主要依靠葡萄糖的有氧氧化或FAO 來產生ATP。一旦被激活，對葡萄糖的利用從原先的有氧氧化途徑向糖酵解途徑傾斜［39］。除外，T 細胞還會加速氨基酸代謝通路中谷氨酸鹽的降解，目的是加速活化進程，以及促使記憶性CD4+T 細胞向炎癥亞型轉變［40-41］。T 細胞活化后，增強的谷氨酸鹽代謝能保證細胞內存在有足夠的三羧酸循環中間產物回補，用于脂質、核酸及蛋白質等生物大分子的合成，并為非必需氨基酸及核酸的合成提供氮源產生能量。然而在腫瘤微環境中，T 細胞對谷氨酰胺的競爭力常常不如癌細胞的競爭力強，因此，近年來出現針對谷氨酰胺代謝的治療方案，即通過抑制癌細胞中過度代謝谷氨酰胺，以上調腫瘤微環境氨基酸的含量，供T 細胞發揮靶向殺傷能力使用［42］。

研究發現，在結腸癌小鼠中，PI3K/mTOR 信號通路被顯著激活，伴隨著CD8+T 細胞的糖酵解代謝水平的提高，抗腫瘤活性也隨之得到增強［43］。Treg 細胞是初始T 細胞分化而來的重要亞群，通過發揮免疫抑制調節機體整體的免疫水平。Treg 在激活時并沒有表現出明顯上調糖酵解的趨勢，而是利用更多樣的能量產生途徑,包括FAO、OXPHOS、谷氨酰胺代謝［44-45］。OXPHOS代謝在Treg 細胞中極其重要，當缺失OXPHOS 調節因子，如過氧化物酶體增殖物激活受體c 共激活子1a （Pgc1α）或sirtuin 3 時，Tregs 在體外和體內的抑制功能會受到明顯損害［46］。在腫瘤微環境中低葡萄糖和高乳酸鹽占優勢的情況下，Tregs 中Foxp3 的表達可增強OXPHOS 水平，并通過抑制糖酵解基因的主要轉錄激活因子的表達來阻止糖酵解［47］。Treg 細胞對FAO 的依賴程度也比CTL更高，抑制內源性脂肪酸合成可以減弱Foxp3 的表達和Treg 的功能［48］。癌細胞對谷氨酰胺的搶占，則會驅動CD4+T 細胞向Treg 細胞轉化［49］。目前新興的Treg 治療方法是通過對腫瘤內腫瘤浸潤性Tregs 的功能進行免疫代謝重新編程，特異性靶向調節腫瘤浸潤性Tregs 水平，進而恢復Treg 免疫耐受功能。又有研究發現，在全身Tregs 條件性敲除葡萄糖代謝關鍵轉錄因子MondoA 的小鼠結腸癌模型中，腫瘤內Tregs 葡萄糖轉運蛋白Glut1 顯著上調表達，進而提高了自身葡萄糖攝取量和糖酵解代謝水平，并促使部分Tregs 向Th17 樣亞型轉化，而后者的免疫抑制功能較正常Treg 細胞明顯偏低，最后促進Th17 型炎癥反應，使腫瘤微環境中促癌進展的IL-17A 含量劇增，加快腫瘤組織生長速度［50］。結直腸腫瘤微環境中免疫代謝重編程調控著Treg 細胞與效應性T 細胞間平衡造成腫瘤細胞逃逸，對設計結直腸癌免疫治療方案有重要啟示。

1.2.2 B 淋巴細胞代謝重編程 負責體液免疫的B細胞以分泌抗體的能力完善了人體免疫系統。成熟B 細胞在抗原刺激后可繼續分化為分泌高親和力抗體的漿細胞和表達高親和力B細胞受體的記憶B細胞［51］。研究發現分化成熟的漿細胞更傾向于使用糖酵解［52］，也有研究表明抑制動力相關蛋白1 （Drp1）也可抑制B 細胞線粒體功能發揮、細胞氧化代謝，進而導致漿細胞分化增加，證明干預B 細胞代謝能調節B 細胞的亞群分化［53-54］。研究顯示在結腸癌的免疫浸潤中，活化B 細胞、記憶相關B 細胞數量相比健康人群明顯升高，且與結直腸癌預后呈正相關［55-56］，提示無論提高記憶性B 細胞還是漿細胞的數量比例，都是增強結腸癌的特異性免疫反應的可能手段。

2 中醫藥干預免疫代謝重編程過程治療結腸癌

2.1 中醫藥調控結腸癌癌細胞代謝重編程

近年來中醫藥治療腫瘤的作用機制研究不斷深入，通過干預癌細胞代謝重編程發揮治療作用也日益受到人們重視。有研究表明，在氧含量低下的腫瘤微環境中，丹參酮可通過升高磷脂酶-張力蛋白基因（PTEN）表達，抑制PI3K/AKT/mTOR 通路活性，從而降低HCT116 系結腸癌癌細胞葡萄糖和脂肪酸水平，抑制己糖激酶活性并下調游離脂肪酸含量，通過調控代謝重編程而抑制腫瘤細胞的驚人增殖［57］。中藥單體冬凌草素可通過下調結腸癌細胞膽固醇調節元件結合蛋白1 （SREBP1）表達，誘導結腸癌細胞凋亡，提示冬凌草素可能通過調控脂質代謝延緩結腸癌的進展［58］。亦有研究表明，使用中藥復方解毒三根湯處理人結腸癌LOVO/5-FU耐藥細胞株，能明顯降低其HIF-1α、葡萄糖轉運蛋白（GLUT1）、己糖激酶2（HKⅡ）的表達，抑制癌細胞糖酵解的速率和水平，表明了解毒三根湯可能是通過調節糖酵解途徑，干預腫瘤細胞的能量代謝，促進腫瘤細胞程序性凋亡，從而逆轉5-FU耐藥［59］。

2.2 中醫藥調控結腸癌免疫代謝重編程

2.2.1 中醫藥調控結腸癌免疫環境 目前，中醫藥通過干預免疫代謝治療結腸癌的研究相對較少，但通過改善免疫狀態治療結腸癌的研究相對較多。如復方腸泰制劑被證明可通過干預結腸癌細胞分泌自噬體，導致作用小鼠巨噬細胞增加TNF 和IL-6 分泌，誘導巨噬細胞向M1 型巨噬細胞極化，達到增強抗腫瘤效應的目的［60］。同樣，來源中藥雷公藤的雷公藤內酯醇能誘導結腸癌小鼠通過降低精氨酸酶1（Arg-1）、CD206 和IL-10 的表達，延緩巨噬細胞極化至抗炎M2 狀態［61］。此外，有學者發現藤龍補中湯提高晚期結腸癌患者機體免疫功能，是通過促進效應性T 細胞的活化，更可上調IL-12，促使Th1/Th2 細胞亞群向Th1 細胞傾斜,從而實現更強力的Th1 型免疫反應，并輔助CD8+T細胞執行細胞靶向殺滅癌細胞功能［62］。與此相類似，養正消積膠囊能顯著提高結腸癌中NK 細胞數量，明顯改善結腸癌患者的預后，提高生活質量［63］。諸多研究表明，中醫藥可以通過調控免疫細胞分化水平、增殖能力或成熟狀態，重塑結腸癌內腫瘤微環境，進而抑制結腸癌的進一步浸潤和侵襲。

2.2.2 中醫藥調控免疫代謝重編程 中醫藥干預免疫細胞的增殖與分化通常是通過干預免疫細胞的代謝途徑實現的。中藥牛蒡子的主要有效成分牛蒡子苷元，可以通過下調巨噬細胞的FAO，一定程度上抑制NLRP3 炎癥體組裝，還抑制CPT1 的表達，降低α-微管蛋白的乙酰化，破壞NLRP3 復合物的形成集成，進而使NLRP3 炎癥體失活，進而顯著延緩結腸癌的進展［64］。枳實中的活性成分香蜂草苷具有抗炎、抗腫瘤和抗氧化等多種生物活性，在DSS 誘導的急性和慢性結腸炎中，香蜂草苷促進M1 型巨噬細胞向M2 型重分化是通過增強羥烷基輔酶A 脫氫酶β（HADHβ）表達，上調FAO 途徑實現的，這種重分化有助于恢復腸道內巨噬細胞M1/M2 平衡，有效治療急慢性結腸炎［65］。這表明中醫藥調控免疫代謝治療結腸癌是有足夠的工作基礎和理論基礎的。雖然鮮見針對NK 細胞、DC 細胞、T 淋巴細胞、B 淋巴細胞等的代謝途徑對結腸癌進行干預，但可以推測通過細胞代謝調整免疫細胞的成熟、分化，從而增強機體的整體抗腫瘤效應是潛在可行的干預手段。

3 展望

對免疫代謝重編程的調控，能改變腫瘤組織微環境中免疫細胞的分化、功能與亞群平衡，為中醫藥免疫靶向治療結腸癌等腫瘤提供了重要思路和全新視角，甚至可能成為規避腫瘤對化療藥物耐藥性的重要策略之一。雖然目前有關中醫藥調控免疫代謝重編程的研究相對較少，多集中在對腫瘤細胞本身的代謝途徑和代謝產物的調節作用，但中藥復方具有多成分、多靶點的優勢，能夠整體調節機體免疫狀態，在臨床腫瘤治療中顯示突出療效，也是有目共睹、毋庸置疑的。今后中醫藥調節免疫代謝重編程研究還需要采取基因組學、生物信息學、代謝基因組學等方法，從特定免疫細胞的代謝途徑、代謝水平、代謝產物、代謝環境、代謝產物間相互作用，代謝重編程與免疫細胞功能、分化和亞群平衡關聯機制，以及中醫藥調控免疫代謝重編程的作用靶點和有效組分等方面入手，加強研究和開發，這也將為更好地解釋中藥復方治療腫瘤的科學性和可靠性，為從調控免疫代謝重編程的角度探索中醫藥治療結腸癌的作用機制和新藥研發提供強大動力。