T细胞的长期持久性是肿瘤免疫治疗成功的关键。低分化状态的TCF1+ "干性样"T细胞（Stem-like T细胞），具有较高的增殖和分化潜力，能够展现更强的抗肿瘤效果。在过继性T细胞疗法中，尤其是对肿瘤浸润T细胞（TILs）等这类起始可及数目较少的T细胞，如何有效扩增足够数量的低分化的T细胞以实现治疗效果仍然是一个挑战。体外扩增往往导致T细胞效应分化和耗竭，进而丧失其干性样特性。不同分化阶段的T细胞具有独特的代谢特征，而代谢重编程在决定T细胞命运方面发挥着重要作用。因此，深入理解代谢调控T细胞命运决定机制，并通过靶向T细胞的代谢通路优化体外T细胞扩增培养体系，已经成为提高是过继性T细胞疗法效果的重要研究方向。2024年12月5日，中国医学科学院系统医学研究院/苏州系统医学研究所李贵登团队与Fred Hutchinson癌症研究中心的Philip D. Greenberg团队合作在Cancer Cell杂志在线发表了题为Mannose metabolism reshapes T cell differentiation to enhance anti-tumor immunity的研究论文。该研究首次揭示了甘露糖（Mannose）代谢在T细胞分化中的调控作用，并建立了一种体外高效诱导“干性样”T细胞的新方法。研究发现，补充甘露糖能够重塑T细胞的代谢重编程，并增强O-GlcNAc转移酶（OGT）介导的β-catenin糖基化，提高β-catenin稳定性，从而促进T细胞向干性样表型分化。研究团队开发了一种基于单细胞RNA测序数据的计算方法，可以分析单个细胞内不同代谢通路的活性。通过对来自300名不同类型肿瘤患者的肿瘤浸润性T细胞（TILs），小鼠慢性LCMV感染模型以及小鼠肿瘤模型的T细胞进行分析，发现前与终末耗竭T细胞（Tex）相比，体耗竭T细胞（Tpex）表现出更高的甘露糖代谢活性。更为重要的是，通过对接受免疫检查点抑制剂治疗（ICT）的癌症患者的T细胞进行RNA-seq分析发现响应者的T细胞中甘露糖代谢通路显著富集，这进一步验证了甘露糖对T细胞功能调控的积极作用。甘露糖（Mannose）是一种简单的六碳糖，在一些蔬菜（如甜菜、胡萝卜）和水果（如橙子、苹果）中含量较高。在人体中，甘露糖则分布在各个组织和血液中，包括皮肤、脏器和神经中。甘露糖通常通过膳食摄入，在人体内也可以通过其他代谢途径合成。研究团队进一步在B16-OVA肿瘤小鼠模型中验证了口服甘露糖对过继性TCR-T细胞的抗肿瘤效果，CITE-seq单细胞多组学分析证实，甘露糖补充有助于维持肿瘤TCR-T细胞的干性表型，延缓其耗竭进程。接下来，研究团队探讨了是否可以通过甘露糖在体外培养中诱导T细胞向干性表型分化。结果表明，甘露糖能够显著促进小鼠及人类T细胞中干性亚群的形成。通常，白细胞介素-15（IL-15）是被用于体外扩增T细胞，增强其干性特征的金标准。然而，与IL-15相比，甘露糖更能显著提高TCF1的表达，表明甘露糖可能更有效地促进T细胞向干性表型分化。利用甘露糖培养的TCR-T细胞和CAR-T细胞在小鼠体内展示了更强的抗肿瘤效果，显著延长了荷瘤小鼠的生存期。更有意义的是，研究团队还建立了一个体外长期扩增T细胞的培养体系，发现添加甘露糖不仅能够实现T细胞的长期大规模扩增（超过100倍），同时还能保持其干性特征。这些长期培养的T细胞在抗肿瘤方面的表现与常规甘露糖培养的T细胞相当，能够有效抑制肿瘤生长，并显著延长荷瘤小鼠的生存期，展现出持久的抗肿瘤活性。此外，通过转录组学、代谢组学、表观遗传学和同位素示踪等多种分析，研究团队进一步阐明了甘露糖在T细胞干性分化中的分子机制。甘露糖能够通过抑制糖酵解，增强TCA循环的代谢产物，调节干性相关基因的表观遗传学修饰，并维持线粒体功能。更重要的是，甘露糖通过影响其下游糖基化修饰中间代谢产物并上调O-GlcNAc转移酶（OGT）表达，促进OGT介导的β-catenin O-GlcNAc修饰，从而稳定β-catenin，提升TCF1的表达，最终促进T细胞的干性分化。综上所述，通过对甘露糖调控T细胞干性分化的关键分子机制的研究，为靶向甘露糖代谢增强T细胞的持久抗肿瘤功能提供了科学依据。同时，本研究开发的基于甘露糖的T细胞培养方法，能够高效制备干性样T细胞产品，尤其在TILs扩增和通用型CAR-T细胞的大规模制备中具有突破性意义，为未来开发更高效、持久且经济的T细胞疗法提供了全新的解决方案。
苏州系统医学研究所李贵登研究员与Fred Hutchinson癌症研究中心Philip D. Greenberg教授为该论文的共同通讯作者。系统所博士研究生邱雅静，谢二美和杜静，副研究员程洪成以及Fred Hutchinson癌症研究中心苏亚鹏博士，为该论文的共同第一作者。https://www.cell.com/cancer-cell/fulltext/S1535-6108(24)00438-0以CAR-T、TCR-T及TIL- T为代表的过继性T细胞疗法（Adoptive Cell Therapy， T-ACT）已被FDA批准用于癌症治疗，但在肿瘤负荷的环境下，这些治疗性T细胞的长期效能维持面临巨大的挑战。抗原特异性的低分化的“干性样”（Stem-like）T细胞最早发现于慢性病毒感染，是响应免疫检查点抑制剂（ICI）治疗的关键细胞亚群，后被证实也存在于其它持续性抗原刺激环境，包括自身免疫性疾病、同种异体器官移植以及肿瘤。因其卓越的增殖和分化潜力，展现出更强的抗肿瘤能力。而如何高效诱导“干性样”T细胞是当前过继T细胞免疫治疗领域的核心挑战之一。中国医学科学院苏州系统研究所的李贵登团队的最新研究表明，甘露糖代谢在ICI治疗有响应的患者T细胞中显著富集。体外实验显示，D-甘露糖培养能够重编程T细胞代谢，重塑干性相关基因的表观遗传图谱，并通过增强OGT介导的β-连环蛋白（β-catenin）的O-GlcNAc修饰，提高其稳定性和干性相关关键转录因子TCF1的表达，从而促进T细胞向干性表型分化。经D-甘露糖扩增的TCR-T和CAR-T细胞表现出增强的抗肿瘤活性，并显著延长小鼠的生存期。
进一步研究发现，与IL-15（常用扩增细胞因子）相比，D-甘露糖更能显著提高TCF1的表达，且更有效地促进T细胞向干性表型分化。这一发现为开发D-甘露糖作为IL-15的替代品提供了新的可能，用于实验室扩增和临床生产“干性样”过继治疗T细胞产品。因此，D-甘露糖培养提供了一种低成本、易操作的策略，可显著促进T细胞扩增及其持久性，潜在提升癌症免疫治疗的疗效和应用广度。
此外，D-甘露糖已被制成口服制剂（如胶囊或粉剂），为临床使用提供了便利选择。研究还显示，D-甘露糖通过维持肠道屏障完整性，能在实验性结肠炎中发挥保护作用，并可能缓解癌症患者接受化疗时的毒副作用。鉴于其良好的安全性和可操作性，甘露糖补充有望成为T-ACT的有效辅助手段，特别是在与ICI或肿瘤疫苗联合使用时，既能增强T细胞的功能，又能延缓其耗竭分化。综合来看，甘露糖与其他免疫疗法的联合应用有望扩大现有治疗的治疗窗口，进一步提高T细胞疗法在多种恶性肿瘤中的疗效和持久性。期待这一发现早日应用于T-ACT、ICI及其它癌症免疫治疗策略。
中国医学科学院系统医学研究院苏州系统医学研究所李贵登课题组聚焦于免疫及肿瘤的转化医学研究，以期建立高效的T细胞免疫新疗法。主要研究方向：（1）建立新型TCR抗原筛选平台筛选治疗性TCR，（2）运用分子细胞生物学、高通量测序、计算生物学手段研究肿瘤抗原呈递以及T细胞受体与抗原的互作机制；（3）探究T细胞功能调控以及肿瘤微环境对免疫治疗耐药的机制，（4）通过基因改造等先进技术研发具有更强抗肿瘤能力的CAR/TCR-T细胞。截止目前为止，综合运用细胞生物学、生物信息学、表观遗传学等技术手段，课题组在T细胞肿瘤免疫方向取得一系列创新进展，并发表了系列研究性论文和综述，包括 Cancer Cell (2024)，Nature Metabolism (2023,封面文章); Nature Methods (2019，2021，2022); Cell Metabolism (2020,2024)等。课题组长期招募有志于肿瘤免疫的并具有免疫学、细胞生物学、肿瘤学、神经学、生物信息学等多个不同学科背景的博士后、助理研究员、副研究员。优秀博士后可申请院校“协和青年学者”（年薪不低于50万元）。 实验室网页https://www.ismsz.cn/Web/KXYJKYTDPage?Id=20&PageId=293。
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