腫瘤微環(huán)境中T細(xì)胞效應(yīng)功能的喪失是免疫治療失敗的主要原因之一。代謝適應(yīng)對T細(xì)胞功能和命運(yùn)具有重要的調(diào)控作用。線粒體能量代謝受到多種線粒體行為的影響，包括線粒體融合和線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連，而目前人們對腫瘤浸潤C(jī)D8+T細(xì)胞（TIL）線粒體行為的特性和意義知之甚少。

中山大學(xué)腫瘤防治中心高嵩研究員課題組致力于研究線粒體融合機(jī)制及其在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的意義。在以往的工作中解析了線粒體外膜融合蛋白MFN1和MFN2片段的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制。2023年9月22日，高嵩課題組聯(lián)合泌尿外科韓輝主任醫(yī)師，以及北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）白凡教授團(tuán)隊(duì)在ScienceImmunology期刊上在線發(fā)表了題為“MFN2- SERCA2介導(dǎo)的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦聯(lián)促進(jìn)腫瘤浸潤C(jī)D8+T細(xì)胞的代謝適應(yīng)和效應(yīng)功能”的研究論文（點(diǎn)擊文末閱讀原文查看），揭示了MFN2介導(dǎo)的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連在CD8+TIL中的重要意義，并提出通過提升MFN2水平改善腫瘤免疫治療效果的新策略。

研究者首先在中山大學(xué)腫瘤防治中心腎透明細(xì)胞癌（ccRCC）隊(duì)列和公共數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)CD8+TIL中MFN2高表達(dá)的患者預(yù)后更好。通過單細(xì)胞測序發(fā)現(xiàn)MFN2在CD8+T細(xì)胞激活后表達(dá)上調(diào)，并與更強(qiáng)的效應(yīng)功能和線粒體氧化磷酸化能力相關(guān)。為了深入驗(yàn)證MFN2對T細(xì)胞抗腫瘤功能的影響，研究者構(gòu)建了T細(xì)胞中特異性敲除MFN2的條件性敲除小鼠，發(fā)現(xiàn)MFN2缺失會(huì)導(dǎo)致T細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的效應(yīng)功能、增殖和存活能力受損。進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)錄組測序和腫瘤細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：MFN2敲除導(dǎo)致的CD8+T細(xì)胞線粒體代謝功能下調(diào)是導(dǎo)致其抗腫瘤功能受損的重要原因。

MFN2的生物學(xué)功能包括兩方面：介導(dǎo)線粒體融合以及線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連，二者均可直接影響線粒體代謝。根據(jù)超分辨熒光共聚焦顯微鏡和透射電鏡結(jié)果，有意思的是：Mfn2-/- CD8+TIL的線粒體融合并未受明顯影響，而線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連水平則顯著下降。與此相應(yīng)的是，Mfn2-/- CD8+TIL中線粒體Ca2+水平明顯降低。這些結(jié)果初步表明，MFN2介導(dǎo)的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連及其介導(dǎo)的線粒體Ca2+內(nèi)流對于CD8+TIL的線粒體代謝和效應(yīng)功能起著重要作用。研究者進(jìn)一步探究了MFN2經(jīng)典的促線粒體融合功能在CD8+TIL中不占主導(dǎo)作用的原因。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TIL活化后，MFN2與線粒體分裂蛋白DRP1同時(shí)上調(diào)，后者可能抵消了MFN2上調(diào)介導(dǎo)的線粒體融合效果。因此，CD8+TIL主要依賴MFN2介導(dǎo)的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連來維持良好的有氧代謝功能。

MFN2介導(dǎo)線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連的機(jī)制目前尚有爭議。既往研究指出除了經(jīng)典的線粒體外膜定位外，MFN2還可能存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位，進(jìn)而通過同源互作介導(dǎo)該過程。而在本研究中，研究者通過細(xì)胞組分分析實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上并無MFN2。研究者純化出全長MFN2蛋白，與T細(xì)胞裂解物共孵育后通過LC-MS/MS實(shí)驗(yàn)鑒定了潛在與MFN2互作的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白—SERCA2，隨后應(yīng)用多種實(shí)驗(yàn)手段證實(shí)了MFN2和SERCA2的相互作用。

線粒體中適量的Ca2+可以促進(jìn)有氧代謝，而Ca2+過量則會(huì)引發(fā)細(xì)胞凋亡。通過體內(nèi)外酶活和重組脂質(zhì)體等實(shí)驗(yàn)，研究者發(fā)現(xiàn)，MFN2與SERCA2的互作可刺激SERCA2的Ca2+-ATP酶活性，從而將線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)連接處的Ca2+回收入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。為進(jìn)一步證實(shí)上述過程，研究者使用線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)連接肽在T細(xì)胞中模擬持續(xù)的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連。相比野生型細(xì)胞，Mfn2-/- CD8+T細(xì)胞在連接肽的介入下發(fā)生了顯著的線粒體Ca2+過載，凋亡增加，抗腫瘤功能下降。因此，MFN2-SERCA2互作體現(xiàn)出雙重作用：一方面，二者的物理互作促進(jìn)線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的耦聯(lián)，另一方面，MFN2對SERCA2酶活的調(diào)節(jié)建立了一個(gè)Ca2+線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)的緩沖系統(tǒng)，避免了線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦聯(lián)情況下線粒體內(nèi)Ca2+的過載，從而維持線粒體鈣穩(wěn)態(tài)，防止CD8+T細(xì)胞凋亡。隨后，研究者通過一系列動(dòng)物實(shí)驗(yàn)深入論證了MFN2-SERCA2互作介導(dǎo)的線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連對腫瘤微環(huán)境中CD8+T細(xì)胞效應(yīng)功能的重要意義。

最后，研究者探索了上述生物學(xué)機(jī)制的腫瘤治療價(jià)值。研究者發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境可抑制CD8+T細(xì)胞的MFN2表達(dá)、線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連、生存、線粒體代謝和效應(yīng)功能；過表達(dá)MFN2則可增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞對腫瘤微環(huán)境的適應(yīng)能力。利用抗原特異性CD8+T細(xì)胞回輸重建免疫的腎透明細(xì)胞癌PDX小鼠、OT-I小鼠和C57BL/6小鼠模型，研究者發(fā)現(xiàn)提升T細(xì)胞中MFN2的水平可顯著增強(qiáng)其抗腫瘤功能，并提升PD-1抗體治療的效果。

綜上所述，本研究通過臨床標(biāo)本驗(yàn)證、單細(xì)胞測序、轉(zhuǎn)基因小鼠模型、細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)等多種技術(shù)手段，揭示了MFN2/SERCA2介導(dǎo)線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連的機(jī)制，及其對CD8+T細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中代謝適應(yīng)和抗腫瘤效應(yīng)功能的關(guān)鍵作用。靶向線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦連這一細(xì)胞器互作事件是改善現(xiàn)有免疫療法的一種有意義的途徑。這些研究結(jié)果有助于我們更好地理解腫瘤免疫過程，并為癌癥患者的治療提供新的策略。

中山大學(xué)腫瘤防治中心、華南惡性腫瘤防治全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高嵩研究員和泌尿外科韓輝主任醫(yī)師，北京大學(xué)BIOPIC白凡教授為論文的共同通訊作者。中山大學(xué)腫瘤防治中心楊杰鋒博士、羅麗博士，北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心邢旭東博士，中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院研究生周昕煒為本文并列第一作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、廣東特支計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

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https：//www.science.org/doi/10.1126/sciimmunol.abq2424