2021年5月，來自洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Etienne Meylan團(tuán)隊(duì)在國際期刊Cancer Research上發(fā)表了題為“GLUT1 Expression in Tumor-Associated Neutrophils Promotes Lung Cancer Growth and Resistance to Radiotherapy” 的研究成果，發(fā)現(xiàn)了腫瘤微環(huán)境會(huì)影響腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞（TANs）葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT1的含量以及葡萄糖的代謝效率，并且利用Kras Frt-STOP-Frt-G12D/WT; Tp53 Frt/Frt肺癌小鼠模型，實(shí)現(xiàn)了GLUT1在中性粒細(xì)胞中特異性敲除，發(fā)現(xiàn)GLUT1對促進(jìn)肺部腫瘤的生長、削弱放療效果的作用，為未來利用靶向TANs葡萄糖代謝缺陷的藥物治療肺癌提供了思路。

中性粒細(xì)胞是重要的先天免疫細(xì)胞。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌轉(zhuǎn)移中，它們具有促進(jìn)腫瘤發(fā)生的性質(zhì)。在Kras Frt-STOP-Frt-G12D/WT; Tp53 Frt/Frt肺腺癌小鼠模型中，中性粒細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)可能具有促腫瘤生長的作用。與SiglecF（CD170）低表達(dá)的TANs相比，SiglecF高表達(dá)的TANs具有促腫瘤的功能，暗示了腫瘤內(nèi)中性粒細(xì)胞的異質(zhì)性，TANs異質(zhì)性的發(fā)現(xiàn)會(huì)促進(jìn)靶向具有促癌作用的中性粒細(xì)胞而不影響生物體的先天免疫的相關(guān)研究。

盡管已知腫瘤細(xì)胞的多種代謝改變有助于它們在惡劣環(huán)境條件下生存和增殖，但關(guān)于非腫瘤細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的代謝情況我們所知甚少。由于中性粒細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞一起暴露在同樣的低氧環(huán)境中，可能會(huì)減少營養(yǎng)物質(zhì)的獲取，作者們假設(shè)它們在實(shí)體腫瘤中的葡萄糖代謝會(huì)發(fā)生改變并影響腫瘤的發(fā)展。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，作者們探索了腫瘤微環(huán)境對肺癌相關(guān)TANs生存、代謝和轉(zhuǎn)換的影響，以及TAN中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT1缺失 (GLUT1KO)對疾病進(jìn)展的影響。

作者發(fā)現(xiàn)從肺腫瘤提取的上清液會(huì)促進(jìn)中性粒細(xì)胞的生存，并且發(fā)現(xiàn)發(fā)揮促進(jìn)作用的物質(zhì)是一種大于3kDa的蛋白質(zhì)，之后針對代謝活動(dòng)，作者發(fā)現(xiàn)GLUT1這一葡萄糖運(yùn)載體在有肺腫瘤上清液的情況下表達(dá)量增高，通過利用GLUT1在中性粒細(xì)胞中特異性敲除的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)了肺腫瘤上清液對中性粒細(xì)胞的促生存作用出現(xiàn)了部分到完全的喪失?？偟膩碚f，體外數(shù)據(jù)表明，肺腫瘤中產(chǎn)生的可溶性因子通過GLUT1上調(diào)來增加中性粒細(xì)胞的生存，這種反應(yīng)可能有利于在腫瘤微環(huán)境中延長中性粒細(xì)胞的壽命。

通過RNA測序、通路分析，實(shí)時(shí)熒光定量PCR以及蛋白印跡等手段，比較了從正常肺中分離出的中性粒細(xì)胞（HLN）和肺腺癌中分離出的中性粒細(xì)胞（TAN），發(fā)現(xiàn)并證明了糖酵解是TAN中上調(diào)最明顯的代謝通路，以及TAN中GLUT1的表達(dá)顯著高于HLN。與HLNs相比，TANs表現(xiàn)出對葡萄糖反應(yīng)的細(xì)胞外酸化率升高，攝入葡萄糖的效率上升，并且ATP的產(chǎn)生增加（圖一）。因此，與HLNs相比，肺TANs的特點(diǎn)是葡萄糖攝入量和代謝增加。

在基因型為Kras Frt-STOP-Frt-G12D/WT; Tp53 Frt/Frt的小鼠模型中，氣管內(nèi)灌注腺病毒Flp會(huì)激活致癌基因Kras，敲除抑癌基因Tp53，導(dǎo)致肺部腫瘤的發(fā)生，在此背景下結(jié)合Cre-loxP系統(tǒng)可以在中性粒細(xì)胞中特異性敲除GLUT1這一基因。與不具有GLUT1KO中性粒細(xì)胞的腫瘤進(jìn)行比較時(shí)，有GlUT1KO中性粒細(xì)胞的腫瘤中，中性粒細(xì)胞的生存期減少、富集增加，這些共同促進(jìn)了在腫瘤發(fā)展過程中更快的中性粒細(xì)胞更替。

在通過對Kras Frt-STOP-Frt-G12D/WT; Tp53 Frt/Frt小鼠腫瘤模型中的中性粒細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞RNA測序，作者們發(fā)現(xiàn)SiglecFhigh的中性粒細(xì)胞也同時(shí)存在GLUT1高表達(dá)，又考慮到SiglecFhigh的中性粒細(xì)胞具有促癌作用，表明GLUT1對肺癌生長可能具有促進(jìn)作用。

通過磷酸化組蛋白H3 (pHH3)和磷酸化ERK1/2 (pERK)染色檢測，含有GLUT1KO TANs的腫瘤細(xì)胞增殖降低（圖二）?？v向顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描(mCT)監(jiān)測的腫瘤生長速率在具有GLUT1KO TANs的小鼠中顯著降低。接下來，為了確定TANs是否會(huì)在體外影響肺腫瘤細(xì)胞，作者們使用了SV2細(xì)胞系，對照TANs或GLUT1 KO TANs來衡量TANs對腫瘤的影響。與GLUT1KO TANs共培養(yǎng)的SV2細(xì)胞的擴(kuò)散減少，揭示了GLUT1KO TANs降低了其促腫瘤效應(yīng)，具有抗腫瘤特性（圖二）。中性粒細(xì)胞在先前研究中就被發(fā)現(xiàn)和放療的效果有關(guān)，作者們又發(fā)現(xiàn)了在中性粒細(xì)胞GLUT1缺失的背景下放療的抗癌效果顯著增高了，并且腫瘤的生長受到長期的抑制（圖三）。因此，中性粒細(xì)胞中的GLUT1缺失增加了肺腫瘤對放射治療的敏感性，加強(qiáng)了肺癌抑制效果。

圖二：GLUT1 缺失的中性粒細(xì)胞抑制肺癌細(xì)胞的生長

圖三：GLUT1缺失的中性粒細(xì)胞提高了放療對肺癌的治療效果

總的來說，腫瘤微環(huán)境通過上調(diào)GLUT1來促進(jìn)中性粒細(xì)胞對葡萄糖的代謝，提高中性粒細(xì)胞的生存和壽命，GLUT1高表達(dá)的中性粒細(xì)胞通常也存在SiglecF高表達(dá)，可能表現(xiàn)出促癌的作用，作者在中性粒細(xì)胞中特異性地敲除了GLUT1，發(fā)現(xiàn)會(huì)抑制腫瘤細(xì)胞的增值，提高對放療的敏感性，因此GLUT1對促進(jìn)肺癌生長和導(dǎo)致對放療的耐受有著至關(guān)重要的影響。

2019年11月，來自約翰霍普金森大學(xué)的Jonathan D. Powell團(tuán)隊(duì)在Science期刊上發(fā)表了名為“Glutamine blockade induces divergent metabolic programs to overcome tumor immune evasion” 的文章，不同于本篇關(guān)注于腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞的代謝特征，Jonathan針對腫瘤細(xì)胞本身糖酵解代謝會(huì)增強(qiáng)這一特征，利用谷氨酰胺拮抗劑來改變腫瘤的免疫抑制微環(huán)境。糖酵解會(huì)為癌細(xì)胞提供脂肪酸合成的原料，并且激活PI3K通路，刺激癌細(xì)胞分裂增殖，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，同時(shí)糖酵解產(chǎn)生的乳酸會(huì)調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，抑制腫瘤的免疫治療。Jonathan團(tuán)隊(duì)開發(fā)的JHU083能夠阻斷腫瘤的谷氨酰胺代謝，聯(lián)合PD-1抑制劑，讓一種原本對PD-1抑制劑不敏感的結(jié)腸癌完全消退。

原文鏈接：

https://cancerres./content/81/9/2345

參考文獻(xiàn)：

1. 1. Ancey et al. GLUT1 Expression in Tumor-Associated Neutrophils Promotes Lung Cancer Growth and Resistance to Radiotherapy. Cancer Res. May 1, 2021.

2. Leone et al. Glutamine blockade induces divergent metabolic programs to overcome tumor immune evasion. Science. Nov 22, 2019.