線粒體代謝與腫瘤免疫治療療效演講人01線粒體代謝與腫瘤免疫治療療效02引言：線粒體代謝——腫瘤免疫治療的“隱形調(diào)控者03線粒體代謝的核心特征及其在腫瘤免疫微環(huán)境中的“雙重身份04線粒體代謝調(diào)控免疫治療療效的核心機(jī)制05基于線粒體代謝的免疫治療增效策略：從實(shí)驗(yàn)室到臨床06挑戰(zhàn)與展望：線粒體代謝研究中的“未解之謎”07總結(jié)：線粒體代謝——連接腫瘤與免疫的“核心樞紐”目錄01線粒體代謝與腫瘤免疫治療療效02引言：線粒體代謝——腫瘤免疫治療的“隱形調(diào)控者引言：線粒體代謝——腫瘤免疫治療的“隱形調(diào)控者在腫瘤免疫治療飛速發(fā)展的今天，以PD-1/PD-L1抑制劑、CAR-T細(xì)胞療法為代表的免疫檢查點(diǎn)阻斷（ICB）和細(xì)胞治療已部分改寫(xiě)了晚期腫瘤的治療格局。然而，臨床實(shí)踐中的“響應(yīng)異質(zhì)性”始終是懸在研究者頭頂?shù)摹斑_(dá)摩克利斯之劍”：為何僅20%-30%的患者能從免疫治療中持久獲益？為何部分患者初始響應(yīng)后迅速耐藥？作為一名深耕腫瘤代謝與免疫微環(huán)境交叉領(lǐng)域的研究者，我在實(shí)驗(yàn)室的顯微鏡下見(jiàn)過(guò)太多這樣的“矛盾”——同一病理類型的腫瘤，相似的免疫治療方案，卻因腫瘤細(xì)胞或免疫細(xì)胞內(nèi)線粒體的“代謝狀態(tài)”不同，產(chǎn)生天壤之別的療效。線粒體作為細(xì)胞的“能量工廠”，其功能遠(yuǎn)不止于ATP生成。在腫瘤免疫治療中，線粒體通過(guò)代謝重編程調(diào)控免疫細(xì)胞的活化、增殖與效應(yīng)功能，塑造腫瘤免疫微環(huán)境（TME），甚至決定治療抵抗的“命運(yùn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。引言：線粒體代謝——腫瘤免疫治療的“隱形調(diào)控者近年來(lái)，隨著單細(xì)胞測(cè)序、代謝組學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，線粒體代謝與免疫治療療效的關(guān)聯(lián)機(jī)制逐漸被揭開(kāi)神秘面紗。本文將從線粒體代謝的核心功能出發(fā)，系統(tǒng)闡述其對(duì)腫瘤免疫微環(huán)境中免疫細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞及基質(zhì)細(xì)胞的影響，剖析免疫治療響應(yīng)與抵抗背后的代謝邏輯，并探討基于線粒體代謝的干預(yù)策略如何為免疫治療增效提供新思路。03線粒體代謝的核心特征及其在腫瘤免疫微環(huán)境中的“雙重身份線粒體代謝的核心特征及其在腫瘤免疫微環(huán)境中的“雙重身份2.1線粒體代謝的“基礎(chǔ)工具箱”：氧化磷酸化、糖酵解與代謝重編程線粒體是真核細(xì)胞進(jìn)行能量代謝的核心場(chǎng)所，其代謝網(wǎng)絡(luò)涵蓋氧化磷酸化（OXPHOS）、三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）、脂肪酸氧化（FAO）、氨基酸代謝等多個(gè)途徑。在靜息態(tài)免疫細(xì)胞（如初始T細(xì)胞）中，線粒體主要通過(guò)OXPHOS高效產(chǎn)生ATP，維持細(xì)胞存活；當(dāng)免疫細(xì)胞被抗原激活后，代謝程序會(huì)迅速?gòu)摹鞍察o模式”切換至“戰(zhàn)斗模式”——糖酵解途徑增強(qiáng)、TCA循環(huán)“重構(gòu)”、ROS生成增加，以滿足細(xì)胞增殖、細(xì)胞因子分泌等高能量需求。腫瘤細(xì)胞的代謝重編程（Warburg效應(yīng)）是腫瘤生物學(xué)的經(jīng)典特征，但其背后的“線粒體角色”常被簡(jiǎn)化為“功能缺陷”。事實(shí)上，多數(shù)腫瘤細(xì)胞并未完全依賴糖酵解，而是通過(guò)“線粒體代謝適應(yīng)”（如氧化磷酸化增強(qiáng)、谷氨酰胺依賴性TCA循環(huán)）維持生長(zhǎng)。這種“代謝靈活性”不僅支持腫瘤自身增殖，更通過(guò)代謝產(chǎn)物旁分泌影響免疫微環(huán)境。線粒體代謝的核心特征及其在腫瘤免疫微環(huán)境中的“雙重身份2.2線粒體在免疫微環(huán)境中的“雙重身份”：免疫激活的“助推器”與免疫抑制的“幫兇”在腫瘤免疫微環(huán)境中，線粒體代謝對(duì)免疫功能的調(diào)控具有“雙面性”。一方面，效應(yīng)T細(xì)胞（CD8+T細(xì)胞）、NK細(xì)胞等免疫效應(yīng)細(xì)胞依賴線粒體OXPHOS和糖酵解的“協(xié)同作用”發(fā)揮抗腫瘤功能：線粒體膜電位（ΔΨm）維持T細(xì)胞活化后的增殖能力，ROS作為第二信促進(jìn)IFN-γ、TNF-α等細(xì)胞因子分泌，而TCA循環(huán)中間產(chǎn)物（如檸檬酸、琥珀酸）則通過(guò)表觀遺傳修飾調(diào)控基因表達(dá)。另一方面，腫瘤細(xì)胞及免疫抑制細(xì)胞（如Treg細(xì)胞、M2型巨噬細(xì)胞）可通過(guò)“代謝掠奪”或“代謝廢物排放”抑制免疫效應(yīng)功能。例如，腫瘤細(xì)胞過(guò)度消耗葡萄糖導(dǎo)致微環(huán)境“葡萄糖饑餓”，迫使T細(xì)胞從OXPHOS轉(zhuǎn)向低效糖酵解，線粒體代謝的核心特征及其在腫瘤免疫微環(huán)境中的“雙重身份最終功能耗竭；Treg細(xì)胞則通過(guò)高表達(dá)FAO相關(guān)基因，依賴線粒體FAO維持抑制功能；腫瘤細(xì)胞分泌的乳酸不僅酸化微環(huán)境，還可通過(guò)抑制線粒體復(fù)合物I活性，削弱CD8+T細(xì)胞的細(xì)胞毒性。這種“代謝失衡”是導(dǎo)致免疫治療原發(fā)耐藥的重要機(jī)制之一。04線粒體代謝調(diào)控免疫治療療效的核心機(jī)制線粒體代謝調(diào)控免疫治療療效的核心機(jī)制3.1對(duì)免疫效應(yīng)細(xì)胞功能的影響：從“能量供應(yīng)”到“命運(yùn)決定”1.1CD8+T細(xì)胞：線粒體功能決定“戰(zhàn)斗持久力”CD8+T細(xì)胞是抗免疫治療的“主力軍”，其功能狀態(tài)與線粒體代謝緊密相關(guān)。初始CD8+T細(xì)胞主要依賴脂肪酸氧化（FAO）和OXPHOS維持靜息態(tài)；當(dāng)通過(guò)TCR識(shí)別腫瘤抗原后，細(xì)胞迅速上調(diào)糖酵解關(guān)鍵酶（如HK2、PKM2）和線粒體生物合成相關(guān)基因（如PGC-1α），以支持增殖和效應(yīng)功能分化。然而，在腫瘤微環(huán)境中，CD8+T細(xì)胞常面臨“代謝壓力”：低葡萄糖、低氧、高乳酸等條件會(huì)導(dǎo)致線粒體膜電位降低、ROS過(guò)度積累、線粒體動(dòng)力學(xué)失衡（融合蛋白MFN1/2與分裂蛋白DRP1比例失調(diào)），最終引發(fā)“T細(xì)胞耗竭”（Tcellexhaustion）。耗竭的CD8+T細(xì)胞表現(xiàn)為線粒體碎片化、OXPHOS功能受損、糖酵解能力下降，同時(shí)高表達(dá)PD-1、TIM-3等抑制性分子，成為免疫治療無(wú)效的關(guān)鍵因素。1.1CD8+T細(xì)胞：線粒體功能決定“戰(zhàn)斗持久力”值得注意的是，臨床前研究顯示，通過(guò)過(guò)表達(dá)PGC-1α增強(qiáng)線粒體生物合成，或使用DRP1抑制劑（如Mdivi-1）阻止線粒體分裂，可逆轉(zhuǎn)CD8+T細(xì)胞的耗竭表型，增強(qiáng)PD-1抑制劑的療效。這提示我們，維持線粒體完整性是提升免疫治療效果的重要靶點(diǎn)。1.2NK細(xì)胞：線粒體ROS是“殺傷武器”的“引信”NK細(xì)胞作為固有免疫的核心成員，其抗腫瘤活性依賴線粒體代謝產(chǎn)生的ROS和顆粒酶?；罨腘K細(xì)胞線粒體電子傳遞鏈（ETC）復(fù)合物III和IV活性增強(qiáng)，ROS生成增加，通過(guò)激活NF-κB和MAPK信號(hào)通路促進(jìn)IFN-γ分泌；同時(shí)，線粒體膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（如ANT）釋放的細(xì)胞色素c可啟動(dòng)顆粒酶B介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡。然而，腫瘤微環(huán)境中的TGF-β、前列腺素E2（PGE2）等抑制性因子可通過(guò)下調(diào)線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（TFAM）表達(dá)，抑制NK細(xì)胞線粒體生物合成，導(dǎo)致ROS生成不足、殺傷功能下降。臨床研究證實(shí)，晚期腫瘤患者外周血NK細(xì)胞常表現(xiàn)為線粒體質(zhì)量降低、OXPHOS功能受損，且與免疫治療響應(yīng)率正相關(guān)。1.3巨噬細(xì)胞：M1/M2極化的“代謝開(kāi)關(guān)”巨噬細(xì)胞的極化狀態(tài)受線粒體代謝調(diào)控：M1型巨噬細(xì)胞（抗腫瘤型）主要通過(guò)糖酵解和PPP途徑（磷酸戊糖途徑）支持ROS和NO生成，而M2型巨噬細(xì)胞（促腫瘤型）則依賴FAO和OXPHOS促進(jìn)組織修復(fù)和血管生成。線粒體TCA循環(huán)中間產(chǎn)物——琥珀酸，在M1型巨噬細(xì)胞中積累后，通過(guò)抑制脯氨酰羥化酶（PHDs）激活HIF-1α，進(jìn)一步上調(diào)IL-1β等促炎因子；而在M2型巨噬細(xì)胞中，檸檬酸從線粒體輸出至胞質(zhì)，用于脂肪酸合成，支持其抑制表型。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）多呈現(xiàn)M2型極化，其線粒體FAO增強(qiáng)可通過(guò)PPARγ信號(hào)通路促進(jìn)IL-10、TGF-β分泌，抑制CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)。阻斷TAMs的線粒體FAO（如使用CPT1A抑制劑）可逆轉(zhuǎn)其免疫抑制表型，聯(lián)合PD-1抑制劑在動(dòng)物模型中顯示出顯著療效。2.1代謝產(chǎn)物介導(dǎo)的免疫抑制網(wǎng)絡(luò)腫瘤細(xì)胞的線粒體代謝產(chǎn)物是塑造免疫抑制微環(huán)境的關(guān)鍵“推手”。例如：-乳酸：腫瘤細(xì)胞通過(guò)LDHA催化丙酮酸生成乳酸，不僅導(dǎo)致微環(huán)境酸化（抑制T細(xì)胞、NK細(xì)胞活化），還可通過(guò)GPR81受體誘導(dǎo)樹(shù)突狀細(xì)胞（DCs）分化為耐受型DCs，促進(jìn)Treg細(xì)胞募集。-犬尿氨酸：色氨酸代謝酶IDO1（吲哚胺2,3-雙加氧酶1）催化色氨酸生成犬尿氨酸，后者通過(guò)芳香烴受體（AhR）抑制CD8+T細(xì)胞增殖，促進(jìn)Treg細(xì)胞分化。IDO1的表達(dá)與線粒體ROS水平正相關(guān)，ROS可激活NRF2信號(hào)上調(diào)IDO1轉(zhuǎn)錄。-腺苷：腫瘤細(xì)胞高表達(dá)的CD73將AMP轉(zhuǎn)化為腺苷，通過(guò)A2A受體抑制T細(xì)胞、NK細(xì)胞功能，而腺苷的生成與線粒體ATP代謝密切相關(guān)——ATP外排后經(jīng)CD39、CD73cascade轉(zhuǎn)化為腺苷。2.2線粒體DNA（mtDNA）突變與免疫原性mtDNA是細(xì)胞內(nèi)唯一的核外DNA，易受氧化損傷發(fā)生突變。突變的mtDNA可釋放至胞質(zhì)，通過(guò)cGAS-STING通路激活I(lǐng)型干擾素（IFN-I）反應(yīng)，增強(qiáng)腫瘤免疫原性。然而，腫瘤細(xì)胞常通過(guò)“線粒體自噬”（mitophagy）清除受損線粒體，避免mtDNA釋放；或通過(guò)表達(dá)STING通路抑制劑（如USP18）阻斷IFN-I信號(hào)，實(shí)現(xiàn)免疫逃逸。臨床研究顯示，對(duì)PD-1抑制劑響應(yīng)的黑色素瘤患者腫瘤組織中，mtDNA突變負(fù)荷更高，且STING通路相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)。這提示我們，mtDNA狀態(tài)可能是預(yù)測(cè)免疫治療療效的生物標(biāo)志物。2.2線粒體DNA（mtDNA）突變與免疫原性3對(duì)腫瘤微環(huán)境基質(zhì)細(xì)胞的影響：代謝串?dāng)_的“幕后推手”腫瘤微環(huán)境中的成纖維細(xì)胞（CAFs）、內(nèi)皮細(xì)胞等基質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)代謝串?dāng)_影響免疫治療療效。例如：-癌相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）：活化的CAFs通過(guò)分泌線粒體載體（如外泌體遞送mtDNA）或代謝物（如丙酮酸）為腫瘤細(xì)胞供能，同時(shí)通過(guò)表達(dá)PD-L1直接抑制T細(xì)胞功能。此外，CAFs的線粒體FAO增強(qiáng)可產(chǎn)生酮體，通過(guò)單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1（MCT1）被腫瘤細(xì)胞攝取，支持其在營(yíng)養(yǎng)缺乏環(huán)境下的生存。-內(nèi)皮細(xì)胞：腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的線粒體功能障礙導(dǎo)致血管異常（迂曲、滲漏），阻礙免疫細(xì)胞浸潤(rùn)。抗血管生成藥物（如貝伐珠單抗）可通過(guò)改善內(nèi)皮細(xì)胞線粒體功能，normalize血管結(jié)構(gòu)，促進(jìn)CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)，與免疫治療協(xié)同增效。05基于線粒體代謝的免疫治療增效策略：從實(shí)驗(yàn)室到臨床1線粒體代謝調(diào)節(jié)劑：聯(lián)合免疫治療的“潛力股”針對(duì)線粒體代謝的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)小分子抑制劑，已成為增強(qiáng)免疫治療療效的重要方向。目前進(jìn)入臨床或臨床前研究的主要包括：1線粒體代謝調(diào)節(jié)劑：聯(lián)合免疫治療的“潛力股”1.1糖酵解抑制劑：打破“葡萄糖饑餓”困局2-脫氧-D-葡萄糖（2-DG）己糖激酶抑制劑，可抑制糖酵解第一步，減少乳酸生成，改善微環(huán)境酸化。然而，單藥使用因?qū)φ＜?xì)胞毒性大而受限。研究顯示，低劑量2-DG聯(lián)合PD-1抑制劑可逆轉(zhuǎn)Treg細(xì)胞的免疫抑制功能，在肝癌模型中顯著抑瘤。4.1.2線粒體OXPHOS抑制劑：切斷“免疫抑制細(xì)胞”的能量供應(yīng)I型復(fù)合物（CI）抑制劑如IACS-010759，可阻斷ETC電子傳遞，耗竭OXPHOS依賴的免疫抑制細(xì)胞（如Treg細(xì)胞、MDSCs）。臨床前研究顯示，IACS-010759聯(lián)合PD-1抑制劑在肺癌模型中可顯著增加CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)，抑制腫瘤生長(zhǎng)。目前該聯(lián)合方案已進(jìn)入I期臨床研究（NCT03584144）。1線粒體代謝調(diào)節(jié)劑：聯(lián)合免疫治療的“潛力股”1.3FAO抑制劑：逆轉(zhuǎn)“免疫抑制表型”CPT1A是脂肪酸進(jìn)入線粒體氧化的限速酶，抑制劑如etomoxir、perhexiline可通過(guò)阻斷FAO抑制Treg細(xì)胞和M2型巨噬細(xì)胞功能。例如，etomoxir聯(lián)合PD-1抑制劑在胰腺癌模型中可減少TAMs浸潤(rùn)，增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞細(xì)胞毒性，克服“冷腫瘤”免疫抵抗。1線粒體代謝調(diào)節(jié)劑：聯(lián)合免疫治療的“潛力股”1.4抗氧化劑：平衡ROS的“雙刃劍”效應(yīng)線粒體ROS在低水平時(shí)是免疫激活的“第二信使”，高水平時(shí)則導(dǎo)致細(xì)胞損傷和功能抑制。N-乙酰半胱氨酸（NAC）等抗氧化劑可清除過(guò)量ROS，保護(hù)CD8+T細(xì)胞功能。然而，部分研究顯示抗氧化劑可能通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞ROS介發(fā)的免疫原性死亡（ICD），削弱免疫治療效果。因此，精準(zhǔn)調(diào)控ROS水平（如靶向線粒體抗氧化酶SOD2）是未來(lái)方向。2代謝重編程策略：體外/體內(nèi)“改造”免疫細(xì)胞2.1CAR-T細(xì)胞的“線粒體優(yōu)化”CAR-T細(xì)胞回輸后常因腫瘤微環(huán)境的代謝壓力發(fā)生耗竭，其線粒體功能（如OXPHOS、膜電位）與持久性正相關(guān)。體外培養(yǎng)時(shí)，添加IL-15（促進(jìn)線粒體生物合成）或使用PPARγ激動(dòng)劑（增強(qiáng)FAO）可提高CAR-T細(xì)胞的線粒體質(zhì)量和抗腫瘤活性；基因修飾過(guò)表達(dá)TFAM或UCP2（解偶聯(lián)蛋白2）的CAR-T細(xì)胞，在低氧微環(huán)境中仍能維持OXPHOS功能，顯著延長(zhǎng)生存期。2代謝重編程策略：體外/體內(nèi)“改造”免疫細(xì)胞2.2飲食干預(yù)：代謝微環(huán)境的“天然調(diào)節(jié)器”生酮飲食（KD）通過(guò)提高血液中酮體（β-羥丁酸）水平，替代葡萄糖作為免疫細(xì)胞能量來(lái)源。β-羥丁酸可抑制NLRP3炎癥小體活化，減少I(mǎi)L-1β分泌，改善CD8+T細(xì)胞功能；同時(shí)，酮體代謝可減少乳酸生成，逆轉(zhuǎn)微環(huán)境酸化。臨床前研究顯示，KD聯(lián)合PD-1抑制劑在黑色素瘤模型中可提高響應(yīng)率；目前KD聯(lián)合免疫治療的臨床試驗(yàn)已在膠質(zhì)瘤（NCT03569041）、非小細(xì)胞肺癌（NCT04705472）中開(kāi)展。3生物標(biāo)志物：預(yù)測(cè)療效的“代謝密碼”線粒體代謝相關(guān)指標(biāo)有望成為免疫治療響應(yīng)的預(yù)測(cè)標(biāo)志物：-外周血代謝物：高乳酸、低酮體水平與ICB耐藥相關(guān)；血清中mtDNA拷貝數(shù)升高提示腫瘤細(xì)胞線粒體損傷，可能與IFN-I激活相關(guān)，是療效預(yù)測(cè)的陽(yáng)性標(biāo)志物。-腫瘤組織代謝特征：通過(guò)單細(xì)胞代謝測(cè)序發(fā)現(xiàn)，CD8+T細(xì)胞線粒體質(zhì)量高的患者對(duì)PD-1抑制劑響應(yīng)更佳；腫瘤細(xì)胞中FAO相關(guān)基因（如CPT1A）高表達(dá)與Treg細(xì)胞浸潤(rùn)正相關(guān)，提示預(yù)后不良。-影像學(xué)標(biāo)志物：18F-FDGPET-CT通過(guò)檢測(cè)葡萄糖攝取反映糖酵解活性，但需結(jié)合線粒體功能顯像劑（如18F-BCPP-EF）評(píng)估OXPHOS狀態(tài)，以更精準(zhǔn)預(yù)測(cè)療效。06挑戰(zhàn)與展望：線粒體代謝研究中的“未解之謎”挑戰(zhàn)與展望：線粒體代謝研究中的“未解之謎”盡管線粒體代謝與免疫治療療效的關(guān)聯(lián)已取得顯著進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)：1代謝調(diào)控的“時(shí)空異質(zhì)性”同一腫瘤內(nèi)不同細(xì)胞亞群（如腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞）的線粒體代謝狀態(tài)存在顯著差異；同一患者在不同治療階段（如原發(fā)耐藥、繼發(fā)耐藥）的代謝特征也可能動(dòng)態(tài)變化。如何通過(guò)單細(xì)胞代謝組學(xué)、時(shí)空組學(xué)等技術(shù)解析這種異質(zhì)性，是精準(zhǔn)干預(yù)的前提。2代謝干預(yù)的“平衡藝術(shù)”線粒體代謝是細(xì)胞生存的基礎(chǔ)，靶向代謝的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)可能帶來(lái)“脫靶效應(yīng)”。例如，OXPHOS抑制劑在抑制免疫抑制細(xì)胞的同時(shí)，也可能損傷效應(yīng)T細(xì)胞的能量供應(yīng)；抗氧化劑過(guò)度清除ROS可能削弱抗腫瘤免疫。因此，開(kāi)發(fā)細(xì)胞特異性、組織特異性的代謝調(diào)節(jié)劑，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)打擊”至關(guān)重要。3臨床轉(zhuǎn)化的“最后一公里”多數(shù)代謝調(diào)節(jié)劑仍處于臨床前或早期臨床階段，其安全性和有效性需更大規(guī)模試驗(yàn)驗(yàn)證；代