免疫和炎癥構(gòu)成腫瘤微環(huán)境的兩大核心，在腫瘤微環(huán)境中，細(xì)胞和分子構(gòu)成了炎癥與免疫此消彼長的動態(tài)變化，最終造成大量免疫抑制細(xì)胞及炎性相關(guān)因子等在腫瘤微環(huán)境中大量聚集，從而介導(dǎo)腫瘤的免疫抑制和逃逸。

炎癥與免疫在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮關(guān)鍵作用。本研究就K+離子通過Kir2.1通道對腫瘤微環(huán)境的調(diào)節(jié)，微環(huán)境中炎性反應(yīng)及免疫相互作用關(guān)系進行闡述。

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腫瘤微環(huán)境 (tumor microenvironment, TME) 作為一種獨特的生態(tài)位 (niche)，其穩(wěn)態(tài)受到了腫瘤內(nèi)各種細(xì)胞和胞外成分調(diào)控。以往的研究表明，這種以營養(yǎng)失衡、缺氧以及酸性為特征腫瘤微環(huán)境，對于腫瘤免疫細(xì)胞功能影響巨大。腫瘤微環(huán)境中的生物和無機因素的共同作用對于腫瘤內(nèi)免疫細(xì)胞的適應(yīng)性和功能塑造不可或缺。

從腫瘤-免疫共同進化的角度，了解瘤內(nèi)免疫細(xì)胞對抗或妥協(xié)這種嚴(yán)酷微環(huán)境中所采用的策略，可以為研究腫瘤誘導(dǎo)的免疫抑制背后的機制帶來新的見解。近年來，一系列研究表明腫瘤內(nèi)的也存在離子穩(wěn)態(tài)失衡情況，且離子穩(wěn)態(tài)對于腫瘤內(nèi)免疫細(xì)胞的功能也至關(guān)重要。其中高鉀離子(high K+)是其中一種廣泛存在的微環(huán)境特征。

雖然目前的研究闡明了腫瘤內(nèi)高鉀對腫瘤浸潤效應(yīng)性T細(xì)胞的免疫抑制作用，然而，作為與局部壞死相關(guān)的泛癌特征，這種離子干擾對先天免疫的影響尚不清楚。

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2022年9月13日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院王迪教授聯(lián)合浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院丁克峰教授團隊在Cell Metabolism期刊發(fā)表了題目為Tumor-associated macrophages are shaped by intratumoral high potassium via Kir2.1的研究論文。

該研究同時在小鼠模型和人類樣本中，首次揭示腫瘤內(nèi)高K+抑制腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophages, TAM）的抗腫瘤能力。揭示了腫瘤內(nèi)高K+抑制了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)的抗腫瘤能力。并將內(nèi)向整流的K+通道Kir2.1確定為高K+ TME中TAM功能極化的中央調(diào)節(jié)劑，其有條件的消耗使TAM重新極化為抗腫瘤狀態(tài)，從而提高了局部抗腫瘤免疫力。

該研究結(jié)果表明 Kir2.1是在離子失衡TME中恢復(fù)TAM抗腫瘤能力的決定因素和潛在治療靶點。

機制研究上，研究人員首先確定了腫瘤內(nèi)高 K+抑制腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞 (TAM) 的抗腫瘤能力，并將內(nèi)向整流 K+通道Kir2.1確定為高K+中TAM功能極化的關(guān)鍵因素。腫瘤微環(huán)境中條件性耗竭K+使TAM重新極化為抗腫瘤狀態(tài)，從而提高局部抗腫瘤免疫力。

Kir2.1缺乏會干擾電化學(xué)依賴的谷氨酰胺攝取，導(dǎo)致TAM 代謝重編程，從氧化磷酸化向糖酵解。Kir2.1阻斷減弱小鼠腫瘤和患者衍生的異種移植物生長?？偟膩碚f，該研究結(jié)果表明，Kir2.1 是在離子失衡 TME 中恢復(fù) TAM 抗腫瘤能力的決定因素和潛在治療靶點。

高K+抑制一系列炎癥相關(guān)基因組和對腫瘤細(xì)胞的反應(yīng)，并促進巨噬細(xì)胞向促腫瘤狀態(tài)極化，氧化磷酸化（Oxphos）、血管生成和免疫抑制細(xì)胞因子升高生產(chǎn)。K+通道Kir2.1由Kcnj基因編碼。

研究人員通過對照和Kcnj2 CKO小鼠中建立了移植腫瘤模型，發(fā)現(xiàn)Kir2.1敲除顯著減弱B16F10、MC38、LLC和PDAC皮下移植腫瘤的生長，表明Kir2.1缺乏后抗腫瘤作用增強。

研究人員使用了多指標(biāo)流式聯(lián)合分析技術(shù)，對TAM分泌的多種細(xì)胞因子和趨化因子進行聯(lián)合檢測分析,發(fā)現(xiàn)對照組TAMs促腫瘤細(xì)胞因子和生長因子的分泌水平更高，如 IL-10、IL-6和G-CSF。而Kcnj2CKO TAMs 組的促炎細(xì)胞因子分泌水平升高， 包括CCL5、 TNF-α、和IL-1β。這些因子可能潛在的激發(fā)了抗腫瘤免疫機制。

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞 (TAM) 在腫瘤內(nèi)和腫瘤之間構(gòu)成動態(tài)且異質(zhì)的細(xì)胞群。這種異質(zhì)性反映了 TAM 在腫瘤進展和結(jié)果方面的雙重功能：它們不僅可以發(fā)揮殺腫瘤功能并誘導(dǎo)抗腫瘤反應(yīng)，還可以促進腫瘤免疫逃逸和對免疫治療的抵抗。這種可塑性使 TAM 能夠在 TME 的各種擾動期間快速獲得一系列表型、代謝和功能譜。特別是，營養(yǎng)缺乏的 TME 內(nèi)的代謝適應(yīng)極大地影響了 TAM 的功能狀態(tài)，反之亦然。

盡管已經(jīng)在炎癥、組織再生和 TME 的背景下對驅(qū)動巨噬細(xì)胞極化的代謝線索進行了廣泛研究，但對于細(xì)胞代謝程序與 TME 內(nèi)對外部營養(yǎng)物質(zhì)的偏好 (metabolic preference) 之間的內(nèi)在聯(lián)系知之甚少。此外，描述 TAM 如何適應(yīng) TME 的獨特利基的基本機制可能為開發(fā) TAM 靶向免疫療法提供新的見解。

在這項研究中，研究人員利用多種小鼠腫瘤模型以及人臨床腫瘤樣本，發(fā)現(xiàn)腫瘤內(nèi)高 K+ 顯示出對 TAM 抗腫瘤極化 (anti-tumor) 的抑制作用。

作者進一步利用RNA-seq和膜片鉗技術(shù)，鑒定了內(nèi)向整流K+通道Kir2.1作為TAM感知高K+ TME并發(fā)生極化的重要調(diào)控分子。Kir2.1的條件性敲除能夠解除高K+對TAM的抑制作用，使TAM復(fù)極化以重新獲得抗腫瘤作用，降低腫瘤負(fù)荷。通過流式細(xì)胞儀和單細(xì)胞分析，研究人員系統(tǒng)地描繪了Kir2.1巨噬細(xì)胞條件性敲除可以全局性重塑TME中免疫細(xì)胞的抗腫瘤功能。

進一步機制研究發(fā)現(xiàn)，Kir2.1 缺乏會干擾電化學(xué)依賴的谷氨酰胺攝取，導(dǎo)致 TAM 代謝從氧化磷酸化向糖酵解重編程。功能代謝分析揭示了 Kir2.1 在 TAM 的代謝偏好性中發(fā)揮重要作用，Kir2.1 維持的巨噬細(xì)胞膜電勢對于電化學(xué)依賴的谷氨酰胺轉(zhuǎn)運體 SNAT2 的功能至關(guān)重要。

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為了進一步探索 Kir2.1與腫瘤預(yù)后的關(guān)聯(lián)性，研究人員在一個單中心回顧性隊列中發(fā)現(xiàn) TAM Kir2.1的表達水平與結(jié)直腸癌患者臨床結(jié)果的相關(guān)性。不僅如此，Kir2.1 high TAM的特征基因也可以區(qū)分TCGA泛癌患者的生存期。

通過流式細(xì)胞儀和單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)Kir2.1巨噬細(xì)胞條件性敲除可以重塑TME中免疫細(xì)胞的抗腫瘤功能，分子機制是Kir2.1缺乏會干擾電化學(xué)依賴的谷氨酰胺攝取，導(dǎo)致TAM代謝從氧化磷酸化向糖酵解重編程。

功能代謝分析則表明，Kir2.1維持的巨噬細(xì)胞膜電勢對電化學(xué)依賴的谷氨酰胺轉(zhuǎn)運體SNAT2的功能至關(guān)重要。最后，發(fā)現(xiàn)在小鼠模型中，ML133與PD-1單抗的聯(lián)合利用達到了更好的治療效果。并且，ML133在小鼠移植腫瘤和結(jié)直腸癌患者來源的類器官中均顯示出重編程TAM的巨大潛力，Kir2.1阻斷減弱小鼠腫瘤和患者衍生的異種移植物生長。

總的來說，這項研究確定了在離子紊亂的腫瘤微環(huán)境中，Kir2.1作為TAM極化的關(guān)鍵調(diào)控分子。Kir2.1通過代謝重編程調(diào)節(jié)TAM的極化，從而影響其免疫功能。這些發(fā)現(xiàn)表明 Kir2.1能夠作為重塑TAM抗腫瘤能力的潛在靶點，這也拓寬了人們對腫瘤微環(huán)境中離子紊亂的認(rèn)識。

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)系王迪教授和浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院大腸外科丁克峰教授為本文通訊作者，八年制博士研究生陳晟和崔文羽博士為論文共同第一作者。該研究得到了浙江大學(xué)錢俊斌教授、楊巍教授等課題組的幫助。

期刊：Cell Metabolism

影響因子：31.373

客戶單位：浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院

文章作者：浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院陳晟博士、崔文羽博士

通訊作者：浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院王迪教授、丁克峰教授

ABclonal產(chǎn)品：

Cat.NO：RK04392

Product Name ：ABplex Mouse 18-Plex Custom Panel

Target：IL-6，IL-12 p40，IL-4，IL-5，KC，IL-10，VCAM-1，TNF-α，GM-CSF，IFN-γ，IL-12 p70，IL-1 β，IL-17A，IL-2，IL-1 α，CCL5/Rantes，G-CSF，IL-3，MIP-1 alpha/CCL3，M-CSF

Instrument：ABplex-100