一、研究背景
巨噬细胞的异质性一直被认为是这些细胞对不同微环境刺激的可塑性和多功能性的结果。在肿瘤中，巨噬细胞参与血液和淋巴管的形成、癌细胞侵袭和远端扩散以及免疫抑制。有研究证明氧利用率和细胞因子对巨噬细胞代谢都有影响，不同的激活刺激可以驱动相反的代谢变化。此前，巨噬细胞在癌症中的代谢特征从未被研究过，因此TAM代谢的改变是否会影响其表型，从而影响肿瘤的生长和转移仍然是个未知数。
在这篇文章中，研究者基于缺氧和应激条件通过RED1调节具体控制mTOR活性的知识，假设RED1/mTOR轴是一个中央稳态中继，将巨噬细胞代谢与缺氧TAMs的免疫抑制和/或促血管生成特性联系起来。在这里，研究者们研究了REDD1/mTOR在缺氧时控制巨噬细胞和TAM代谢的作用，以及它如何诱导影响癌症进展的表型变化。
二、研究结果
Figure 1 REDD1在缺氧性TAMs中上调
与GLUT1低表达的组织巨噬细胞相比，GLUT1高表达中RED1的mRNA水平显著升高，而TAMs显示REDD1的整体水平更高，这在GLUT1高表达 TAM中最高。同理，居住在缺氧区的TAM的REDD1染色比来自常氧生态位的TAM的REDD1染色要高得多。研究者为了分析缺氧对肿瘤特异性刺激的作用构建了一个体外系统，在该系统中，用LLC肿瘤条件培养基（TCM）刺激骨髓源性巨噬细胞（BMDM），从而产生了暴露于常氧或缺氧环境中的TAM样巨噬细胞。在体内，当TAMs-L在缺氧条件下培养时，REDD1转录物和蛋白质水平均协同增加。总的来说，REDD1在TAMs中被诱导（与正常巨噬细胞相比），并在缺氧时得到强烈上调。
Figure 2 TAMs中REDD1缺失促进肿瘤血管正常化并抑制转移
为了了解REDD1诱导加剧在缺氧TAMs中的作用，研究者通过移植带有REDD1基因敲除（KO）BM细胞（KO/WT）的野生型（WT）受体小鼠来删除巨噬细胞中的REDD1。虽然肿瘤生长保持不变，但是KO与WT嵌合小鼠的转移数量减少，并且在KO/WT与WT/WT LLC荷瘤小鼠中，癌细胞从原发肿瘤向循环的脱落明显受损。缺氧WT和REDD1-KO-TAMs同样促进了LLC的迁移和体外胶原的侵袭，全身注入血流的癌细胞的肺倒伏没有差异。这些数据表明，间接机制可能是减少荷瘤KO/WT小鼠转移负担的原因。总之，TAMs中REDD1的缺乏促进了血管正常化，减少了几种肿瘤的转移。
Figure 3 缺氧性TAMs中REDD1缺失可强化糖酵解
通过进行代谢分析，研究者们观察到缺氧TAMs表现出糖酵解增加。然而，在Redd1缺失后，糖酵解通量以mTOR依赖的方式进一步增加。反过来，缺氧REDD1 KO-TAMs中脂肪酸氧化（FAO）减少，而葡萄糖和谷氨酰胺氧化保持不变。尽管缺氧和正常氧WT细胞的线粒体耗氧量也降低了，但在缺氧REDD1 KO TAMs中，ATP连接的线粒体耗氧量达到最低水平，并且这种差异依赖于mTOR。体外分析表明，只有缺氧和肿瘤源性刺激在中药中联合诱导REDD1（但不是每一种单独条件下）才能有效地阻止糖酵解代谢。总之，缺氧性TAMs中REDD1缺失通过mTOR激活增强了其糖酵解表型，尤其是FAO。
Figure 4 REDD1KO-TAMs中糖酵解的增加通过与内皮细胞竞争葡萄糖而导致肿瘤血管正常化
为了了解缺氧TAM中观察到的代谢变化如何影响其表型，研究者利用LLC肿瘤的荧光激活细胞分类对WT和REDD1-KO CD11b F4/80 GLUT1high巨噬细胞进行了RNA测序。
在WT/WT小鼠中，tECs摄取的葡萄糖是TAMs中测量的摄取量的两倍。相比之下，在KO/WT小鼠中，TAMs和tECs具有相似的葡萄糖摄取，反映出REDD1 KO比WT-TAMs更强的葡萄糖摄取，证明TAM的消耗消除了这一趋势。总之，缺氧TAMs中REDD1缺失后糖酵解增加，使这些细胞与肿瘤内皮细胞竞争葡萄糖。因此，血管周围间隙葡萄糖的有效性降低阻碍了内皮细胞的过度激活，从而导致血管稳定和转移抑制。
Figure 5 mTOR通路在癌细胞和TAMs中的相反作用
研究者给WT/WT和KO/WT荷瘤小鼠注射Torin2，尽管Torin2对两种嵌合体的肿瘤生长抑制作用相当，但转移指数提高到相同水平，因此TAMs中的REDD1缺乏不再有益，这种表型与Torin2治疗的WT/WT和KO/WT小鼠肿瘤血管异常和缺氧增加有关。肿瘤细胞中mTOR沉默减少了转移，而全身Torin2治疗显著增加了转移，从而减弱了mTOR沉默在LLC细胞中的有益效果。因此，全身性mTOR抑制的抗肿瘤作用主要通过抑制肿瘤细胞的这一途径来实现，而对TAMs的作用则部分抵消了这种作用，即与REDD1基因敲除和mTOR激活相反，mTOR阻断进一步维持了肿瘤血管的异常化和转移。
三、总结与思考
该研究结果建立了缺氧时TAM代谢与肿瘤血管形态发生之间的因果关系。在现有研究的基础上，未来可能的研究目标是研究REDD1 TAMs与其他mTOR靶向药物治疗失败的相关性。
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策划 / 殷佩浩
审校 / 殷佩浩
翻译 / 何菁
责任编辑 / 汪玉倩
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