引言

肿瘤微环境(TME)中的代谢条件受许多因素的影响，包括营养和氧气水平的梯度、组织血管化、异种细胞间的相互作用和系统代谢。然而，许多用于确定肿瘤代谢原理的研究在很大程度上依赖于培养细胞，这不能完全概括肿瘤细胞在体内的代谢状况，特别是肿瘤细胞的外在因素，如营养物质的可获得性和免疫浸润。

为了提高用于研究TME的实验系统的建模能力，应考虑各种细胞的固有输入和环境输入。由于TME含有各种各样的细胞类型，具有不同和灵活的代谢程序，精确研究各种免疫细胞和癌细胞之间的代谢需求、适应和相互作用是一项复杂的工作。

最近关于这种细胞间相互作用的讨论已经得到了一些优秀评论的详细介绍。在这里，我们首先强调免疫细胞代谢和功能如何受到TME的影响，然后讨论实验建模和代谢组学方面的新技术进展，这些技术进展可能会在未来的研究中被利用，以加深我们对TME复杂背景下免疫细胞代谢的理解。

环境塑造免疫细胞的代谢和功能

营养的可用性

迄今为止，免疫新陈代谢的大部分工作都集中在细胞如何同时且差异性地利用营养物质，来满足与效应器功能和分化状态相关的代谢需求。事实上，不同免疫细胞类型的代谢活动，特别是淋巴细胞的代谢活动，在其他地方已经得到了广泛的研究。

正常静息细胞的代谢程序主要用于满足维持那些需要ATP的稳态平衡（homeostatic processes）过程的生物能量需求。相比之下，增殖的细胞，无论是正常的还是恶性的，不仅需要产生能量来支持细胞的生长，而且还必须满足各种合成代谢的需求，如大分子生物合成和细胞氧化还原的动态平衡。与先天免疫细胞(树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞)和获得性免疫细胞(CD8+和CD4+T细胞、B细胞)激活相关的中心代谢程序是有氧糖酵解，也通常被称为Warburg效应。

葡萄糖摄取和糖酵解的增加不仅为细胞增殖提供了前体，如用于核苷酸合成的依赖于葡萄糖的丝氨酸的产生，而且还支持干扰素-γ(IFN-γ)的产生。例如，辅助性T细胞(Th)高度糖酵解，依赖葡萄糖转运蛋白GLUT1来实现炎症T细胞(即Th1和Th17)的效应功能，而调节性T(Treg)细胞中GLUT1介导的糖酵解可调节增殖和抑制能力之间的平衡。

然而，这可能会给肿瘤浸润性免疫细胞带来挑战，因为葡萄糖在TME中的可获得性可能会有所不同。具体地说，有证据表明，TME中的葡萄糖限制会损害肿瘤浸润性淋巴细胞(TIL)的效应功能和自然杀伤(NK)细胞的抗肿瘤效应。

除了葡萄糖，不同氨基酸的可获得性也会影响免疫细胞的新陈代谢。例如，T细胞和巨噬细胞可以分解谷氨酰胺来刺激ATP的产生。由于肿瘤细胞和TIL对谷氨酰胺利用的需求不同，钝化谷氨酰胺的分解代谢可以促进CD8+TIL效应功能的增强和肿瘤的消退。鉴于TME中不同细胞类型之间的代谢可变性，对代谢酶的靶向抑制可能会导致不同的细胞特异性后果。例如，基因或药物阻断谷氨酰胺酶（将谷氨酰胺代谢成谷氨酸），被证明会损害CD4+和CD8+T细胞的增殖和激活，而对细胞因子的产生几乎没有影响。同样的阻断也可以抑制CD4+Th17细胞的分化。

此外，合成细胞培养液RPMI1640提供的超生理精氨酸水平可以抑制T细胞介导的细胞因子的产生，但增加T细胞的存活率。色氨酸缺乏也会通过激活整合的应激反应来阻碍T细胞的功能。细胞外丝氨酸和蛋氨酸的可获得性可以通过与一碳代谢相关的效应来影响肿瘤细胞和T淋巴细胞的增殖。

在T细胞中，由于叶酸和蛋氨酸循环是不耦联的（uncoupled），丝氨酸衍生的碳不会过渡到蛋氨酸循环，胞外蛋氨酸可能是S-腺苷蛋氨酸中甲基部分的唯一来源，进而成为甲基化反应所必需的氨基酸。其他研究人员最近发生，丙氨酸的供应可以影响T细胞活化早期的蛋白质合成。

有趣的是，编码氨基酸转运蛋白的基因是T细胞激活时上调最多的基因之一，这表明氨基酸交换是TME免疫调节的一个关键方面。

综上所述，这些结果强调了氨基酸的可获得性可以对免疫细胞的新陈代谢和功能产生不同的细胞特异性影响，这可能表明在人类疾病的治疗中靶向不同免疫细胞亚型的氨基酸代谢方向上的治疗潜力。

据称细胞代谢的废物，包括乳酸、犬尿氨酸和腺苷，也可以在TME中发挥免疫调节作用。例如，虽然乳酸可以抑制CD8+效应细胞的溶细胞能力，但它可能被Treg细胞用来支持代谢需求。

关节炎小鼠模型中乳酸的积累会诱导CD4+T细胞中单羧酸转运蛋白SLC5A12的上调，这类转运蛋白在活化的T细胞中也有类似的上调。这会导致细胞内乙酰辅酶A和柠檬酸水平的增加，以及T细胞运动性的降低。

其他研究也表明，黑色素瘤细胞产生的乳酸可以通过抑制活化的T细胞（NFAT）依赖性IFN-γ产生的核因子来降低T细胞和NK细胞的免疫监视能力。

最近的证据还表明，乳酸在正常组织和某些肺癌中都可以用来为TCA循环提供燃料，这表明乳酸可能通过满足肿瘤生长的需求而促进TME中的免疫逃逸。此外，色氨酸分解代谢的下游产物犬尿氨酸水平升高可诱导T细胞免疫抑制，表明酶介导的犬尿氨酸耗竭可增加CD8+淋巴细胞的肿瘤浸润和增殖。

最后，核苷酸代谢的分解产物腺苷的积累有效地降低了T细胞和NK细胞介导的细胞毒效应，但增强了免疫调节性M2巨噬细胞的激活。

游离脂肪酸对TME免疫细胞功能的影响一直是一个活跃的研究领域。虽然免疫细胞代谢重编程的早期模型认为糖酵解和氧化(由长链脂肪酸氧化[fatty acid oxidation，FAO]推动)代谢程序与不同的免疫细胞群体相关(例如，CD8+T效应分子和T记忆细胞，M1和M2巨噬细胞)，但事实证明实际情况还要微妙得多。

依托莫昔尔（Etomoxir）是CPT1A的抑制剂，CPT1A是一种催化线粒体长链脂肪酸氧化限速步骤的酶，它对CD8+T记忆细胞分化和M2巨噬细胞极化具有免疫调节作用，强化了长链脂肪酸氧化推动OXPHOS以支持这些过程的发现。

其他研究证据表明，CPT1A对于CD8+T细胞的功能和T记忆细胞的产生以及CD4+T细胞的抑制能力都是必不可少的。此外，依托莫西对M2巨噬细胞极化的影响归因于化合物的非靶点效应。尽管如此，CPT1A表达增加的CD8+T细胞在体内表现出代谢优势，这一结果表明了线粒体代谢在支持最佳T细胞功能状态方面的作用。

长链FAO可能对组织驻留的免疫细胞更为关键。最近的研究表明，脂肪酸输入(通过FABP4和FABP5)和CPT1A依赖的脂质氧化是组织驻留的CD8+细胞在周围组织中持续存在所必需的，而脂质转运体CD36是CD4+Treg细胞在TME中积累所必需的。有趣的是，B16黑色素瘤的TIL表现出脂肪酸分解代谢增强的特点，这种表型归因于TME中的低糖水平，这一结果表明了FAO在TME中代谢灵活的免疫细胞中的作用。

除了作为燃料来源的作用外，饱和脂肪酸还可以促进促炎细胞因子的产生(例如，Th17反应期间的IL-23)，而多不饱和脂肪酸与抗炎细胞因子的产生有关(例如，IL-10)。短链脂肪酸在很大程度上是微生物代谢的副产品，也可以作为CD8+Teff功能的正调节因子。例如，丁酸盐是一种HDAC抑制剂，也可以通过介导G蛋白偶联受体信号来影响T细胞功能。Qiu等人最近的工作也证明了这一点。

研究表明，醋酸可以通过增强表观遗传标记(即H3K27ac)和关键效应细胞因子位点(如Gmzc、IFNG和TNFa)的染色质可及性来增强Teff细胞的功能。这些结果与肠道微生物组的组成可以影响代谢物可用性的结论一致，从而影响患者对免疫治疗的反应的观点是一致的，尽管微生物组衍生的代谢物对TME免疫功能的具体贡献需要进一步研究。

氧、pH和离子浓度

组织氧(O2)浓度由O2扩散和消耗的竞争速率决定。大多数组织的氧气水平为2%-9%(平均40毫米汞柱)，而TME中的细胞可能会经历缺氧条件(