测量TME中营养物质的丰度
确定肿瘤微环境中间质液中葡萄糖、谷氨酰胺和乳酸的浓度是否受限。
通过质谱分析人肾细胞癌和鼠MC38肿瘤间质液中的代谢物。
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肿瘤微环境中细胞编程的营养分配
Cell-programmed nutrient partitioning in the tumour microenvironment
实验完整度
高包含体内PET示踪剂摄取实验、体外代谢分析、转录组分析、药物处理等多层级验证，并有人类样本验证。
主要模型
MC38小鼠结肠癌模型 CT26小鼠结肠癌模型 Renca小鼠肾癌模型 AOM/DSS诱导的结肠癌模型 PyMT转基因乳腺癌模型
重点核对
不同肿瘤模型中CD45+免疫细胞与CD45-癌细胞FDG摄取比较 mTORC1信号在髓系细胞中的激活状态及雷帕霉素处理的影响 谷氨酰胺摄取抑制剂V9302处理对细胞亚群葡萄糖和谷氨酰胺摄取的影响 FDG和18F-Gln摄取的细胞亚群贡献比例
摘要
癌细胞特征性地通过Warburg代谢消耗葡萄糖，这一过程构成了正电子发射断层扫描（PET）肿瘤成像的基础。肿瘤浸润免疫细胞也依赖葡萄糖，肿瘤微环境（TME）中免疫细胞代谢受损有助于肿瘤免疫逃逸。然而，尚不确定免疫细胞代谢在TME中失调是由于细胞内在程序还是与癌细胞竞争有限的营养物质。在这里，我们使用PET示踪剂测量TME中特定细胞亚群对葡萄糖和谷氨酰胺的获取和摄取。令人惊讶的是，在各种癌症模型中，髓系细胞摄取肿瘤内葡萄糖的能力最强，其次是T细胞和癌细胞。相比之下，癌细胞表现出最高的谷氨酰胺摄取。这种不同的营养分配是通过mTORC1信号以及葡萄糖和谷氨酰胺相关基因表达在细胞内在程序上编程的。抑制谷氨酰胺摄取增强了肿瘤驻留细胞类型的葡萄糖摄取，表明谷氨酰胺代谢抑制葡萄糖摄取，而葡萄糖在TME中并不受限。因此，细胞内在程序驱动免疫细胞和癌细胞分别优先获取葡萄糖和谷氨酰胺。这些营养物质的细胞选择性分配可用于开发治疗和成像策略，以增强或监测TME中特定细胞群的代谢程序和活动。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 免疫细胞代谢在肿瘤微环境中失调是源于细胞内在程序还是与癌细胞竞争有限的营养物质？
- 核心机制
- mTORC1信号和葡萄糖/谷氨酰胺相关基因表达驱动细胞内在的营养分配程序，其中谷氨酰胺代谢抑制葡萄糖摄取，而葡萄糖在TME中并不受限。
- 主要证据
- 利用PET示踪剂（FDG和18F-Gln）在多种小鼠肿瘤模型中测量不同细胞亚群的摄取，结合流式细胞术、细胞外通量分析和转录组分析。结果显示髓系细胞葡萄糖摄取最高，癌细胞谷氨酰胺摄取最高，且雷帕霉素抑制mTORC1可降低葡萄糖摄取，V9302抑制谷氨酰胺转运可增加葡萄糖摄取。
- 研究意义
- 揭示了TME中不同细胞类型对营养物质的不同摄取程序，为开发针对代谢程序的治疗和成像策略提供了基础。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
测量体内不同细胞亚群的葡萄糖摄取
量化肿瘤浸润免疫细胞和癌细胞对葡萄糖的体内摄取能力。
使用18F-FDG PET成像和细胞分级分离（CD45磁珠）测量MC38、CT26、Renca、AOM/DSS和PyMT模型中不同细胞亚群的FDG摄取。
鉴定高葡萄糖摄取的免疫细胞亚群
确定哪种浸润免疫细胞亚群葡萄糖摄取最高。
使用CD11b、Gr1、F4/80、CD11c磁珠分选MC38肿瘤中的髓系细胞和树突状细胞，并测量FDG摄取。
评估mTORC1信号对免疫细胞代谢的影响
测试mTORC1通路是否调节TME中髓系细胞和癌细胞的葡萄糖摄取。
用雷帕霉素（mTORC1抑制剂）处理MC38荷瘤小鼠，测量pS6水平、FDG摄取、细胞外通量（ECAR/OCR）和代谢基因表达。
测量不同细胞亚群的谷氨酰胺摄取
确定谷氨酰胺在TME中的摄取是否与葡萄糖不同。
使用18F-Gln PET示踪剂测量MC38、CT26、Renca和AOM/DSS肿瘤中不同细胞亚群的谷氨酰胺摄取。
测试谷氨酰胺摄取对葡萄糖摄取的影响
验证谷氨酰胺代谢是否抑制葡萄糖摄取。
用谷氨酰胺转运抑制剂V9302处理MC38荷瘤小鼠，测量各细胞亚群的FDG和18F-Gln摄取。
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
产品清单
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| 组织消化 | 脱氧核糖核酸酶I | Sigma-Aldrich | D5025 |
| 胶原酶 | Sigma-Aldrich | C2674 | |
| 细胞分离 | Ficoll-Paque | GE Healthcare | 17144002 |
| SepMate-50管 | Stemcell Technologies | 85450 | |
| 细胞培养 | DMEM培养基 | -- | -- |
| RPMI 1640培养基 | -- | -- | |
| 胎牛血清 | -- | -- | |
| 药物处理 | 雷帕霉素 | Sigma Aldrich | 202371 |
| V9302 | -- | -- | |
| PET成像 | 18F-氟代脱氧葡萄糖 | -- | -- |
| 18F-谷氨酰胺 | -- | -- | |
| Inveon微型PET | Siemens Preclinical | -- | |
| NanoSPECT/CT | Mediso | -- | |
| 细胞外通量分析 | Seahorse XFe 96生物分析仪 | Agilent | -- |
| Cell-Tak包被板 | Corning | 354240 | |
| 流式细胞术 | MACSQuant分析仪10或16 | Miltenyi | -- |
| Ghost Dye Red 780 | Cell Signaling | 18452S | |
| 免疫组织化学 | Leica Bond Max免疫组化染色机 | Leica | -- |
| Bond Refine检测系统 | -- | DS9800 | |
| 显微成像 | Olympus BX53显微镜 | Olympus | -- |
| Olympus DP73相机 | Olympus | -- | |
| 基因表达分析 | NanoString nCounter代谢通路基因表达面板 | NanoString | XT-CSO-MMP1-12 |
| 细胞分离 | CD45 TIL磁珠 | Miltenyi | 130-110-618 |
| EPCAM磁珠 | Miltenyi | 130-105-958 | |
| CD4/8 TIL磁珠 | Miltenyi | 130-116-480 | |
| CD11b磁珠 | Miltenyi | 130-049-601 | |
| F4/80磁珠 | Miltenyi | 130-110-443 | |
| Gr1磁珠 | Miltenyi | 130-094-538 | |
| CD11c磁珠 | Miltenyi | 130-125-835 | |
| LS柱 | Miltenyi | 130-042-401 | |
| QuadroMACS分离器 | Miltenyi | -- | |
| 细胞计数 | TC20自动细胞计数器 | Bio-Rad | -- |
| 放射性测量 | Hidex自动伽马计数器 | Hidex | -- |
| 放射性自显影 | Beta成像仪 | Biospacelabs | -- |
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 葡萄糖摄取测量 | FDG注射剂量、孵育时间、细胞分级方法（磁珠类型）、每细胞FDG摄取计算 阅读提示：Methods: 18F-FDG and 18F-Gln nutrient uptake assay |
| 谷氨酰胺摄取测量 | 18F-Gln注射剂量、孵育时间、细胞分级方法（磁珠类型）、每细胞18F-Gln摄取计算 阅读提示：Methods: 18F-FDG and 18F-Gln nutrient uptake assay |
| mTORC1抑制作用 | 雷帕霉素给药剂量（2mg/kg）、给药时间（4天）、给药途径（腹腔注射）、pS6检测 阅读提示：Methods: Mice; Figure 3, Extended Data Fig. 7 |
| 谷氨酰胺摄取抑制 | V9302给药剂量（25mg/kg或75mg/kg）、给药次数（bid或一次）、给药途径（腹腔注射） 阅读提示：Methods: Mice; Figure 4, Extended Data Fig. 10 |