腦部腫瘤具有獨特的生理特徵，其內部充滿了髓系細胞並有血腦屏障，具有和機體其他器官顯著不同的免疫環境[1,2]。目前，腦腫瘤逃避免疫抑制的具體機制還不清楚。儘管免疫檢查點阻斷CD8+T細胞對很多腫瘤都有療效，但是腦腫瘤幾乎沒有免疫應答[3]。浸潤的CD8+T細胞增加通常預示著更好的預後，但在腦瘤中CD8 T細胞的浸潤和病人生存期沒有關係[4,5]，可能是因為腦瘤中有獨特的免疫抑制機制。
腫瘤細胞能夠逃逸免疫監視有很多原因，其中腫瘤細胞內氧代謝是影響腫瘤免疫抑制的重要因素。腫瘤細胞的過量呼吸導致微環境低氧，降低抗腫瘤免疫[6,7]。低氧影響多種免疫細胞的功能，比如低氧干擾了自然殺傷細胞（NK細胞）的毒性以及機體招募CD8 T細胞到腫瘤區域的能力[8]，低氧腫瘤相關巨噬細胞抑制T細胞應答，促進腫瘤生長和血管新生[9]。儘管低氧是腦瘤的顯著特徵，但是低氧影響腫瘤免疫的機制尚不清楚，低氧狀態下γδ T的功能也有待揭示。在人類腦瘤中，γδ T細胞是執行固有免疫的一類T細胞，佔有所有T淋巴細胞的0.5%-5%。γδ T細胞具有細胞毒性，可以浸潤到腦瘤區域，在體內體外實驗中都發現γδ T細胞可以抵抗腦瘤[10]，但是在小鼠模型中，γδ T細胞缺失並不影響腦腫瘤生長。
2021年3月22日，來自韓國科學技術院（KAIST）的 Heung Kyu Lee教授團隊在《自然·免疫學》雜誌發表論文，解析了腫瘤細胞和免疫細胞尤其是γδ T細胞相互作用的重要機制，強調了γδ T細胞在腦腫瘤免疫中的臨床重要性。
透過對TCGA和CGGA兩個資料庫分析發現CD4和CD8 T細胞浸潤和腦腫瘤患者的生存期負相關，CGGA資料庫顯示γδ T細胞浸潤和腦腫瘤患者，尤其是低級別的腦瘤患者的生存期正相關。研究人員透過基因敲除系統建立了高級別膠質瘤（HGG）小鼠模型，發現CD4 T細胞浸潤增加，而CD8 T細胞和γδ T細胞減少，提示腫瘤微環境抑制了γδ T細胞的浸潤。
為了研究淋巴細胞對腦癌的影響，研究人員在GL261（小鼠膠質瘤細胞）原位HGG模型中去除了各種型別的淋巴細胞，發現CD8和CD4 T細胞的缺失以及自然殺傷細胞和γδT細胞的缺失均不影響HGG小鼠的總體存活率。這些資料提示在腦腫瘤中淋巴細胞被抑制，喪失了抗腫瘤功能。
那麼腫瘤浸潤的γδ T細胞有哪些功能呢？對原位HGG中腫瘤浸潤的淋巴細胞的單細胞測序分析顯示腫瘤中γδ T細胞處於低氧狀態且Bax（BCL2-Associated X，促凋亡基因）表達量較高。根據CGGA資料庫分析，HIF1α的表達會隨著腫瘤級別的增加而增強，而γδ T細胞浸潤和HIF1α以及BAX的表達負相關，這些資料說明腦腫瘤浸潤的γδ T細胞處於低氧狀態，且其凋亡訊號通路被啟用，從而抑制了γδ T細胞的抗腫瘤功能。
對不同型別的腫瘤細胞進行耗氧率檢測發現腦腫瘤細胞耗氧率最高。使用二甲雙胍抑制線粒體複合體I的功能，發現二甲雙胍對腫瘤細胞的影響顯著高於對淋巴細胞的影響。二甲雙胍降低了GL261細胞的耗氧率，不影響其糖酵解。小鼠體內實驗發現二甲雙胍處理緩解了腫瘤細胞微環境的低氧狀態，因此二甲雙胍在體內和體外都有抗低氧的功能，二甲雙胍處理使腫瘤體積減小，HGG原位瘤小鼠生存期延長，這些資料表明：在腦腫瘤中，二甲雙胍透過緩解腫瘤微環境中的低氧狀態產生抗腫瘤的功效。因此，緩解腦腫瘤中的低氧狀態具有抗腫瘤效果。
那麼二甲雙胍的抗腫瘤功效是否和T細胞的功能相關呢？透過T細胞缺失的裸鼠實驗發現去除T細胞後，二甲雙胍的抗腫瘤效果消失。敲除CD4和CD8 T細胞不影響二甲雙胍的抗腫瘤效果，而敲除γδ T 和Tcrd嚴重降低了二甲雙胍的抗腫瘤效果，說明γδ T細胞介導了二甲雙胍的抗腫瘤效果。二甲雙胍處理增強了γδ T細胞的浸潤，但對CD4和CD8 T細胞無顯著影響。因此二甲雙胍透過γδ T細胞發揮抗腫瘤作用，不依賴於傳統T細胞。
為了調查二甲雙胍對γδ T細胞的轉錄水平的影響，研究人員對二甲雙胍處理的小鼠和對照組做了單細胞RNA測序，發現二甲雙胍處理的小鼠有一個γδ T細胞亞群的抗腫瘤活性最強。γδ T需要NKG2D受體和T細胞受體（TCR）來產生細胞毒性。二甲雙胍處理的腫瘤細胞高表達顆粒酶B（Gzmb）和γ干擾素（IFN-γ），並且缺氧誘導因子-1α（Hif1α）和Bax表達降低。二甲雙胍處理抑制了腫瘤細胞呼吸，緩解了腫瘤微環境中的低氧狀態，使腫瘤細胞中的HIF1α表達降低、T細胞凋亡減少、γδ T細胞呼吸增強，細胞的整體先天免疫應答增強。因此增強γδ T細胞活性可以減緩腦腫瘤生長。
二甲雙胍處理使CD27+ CD44int γδ T細胞（即IFN-γ的γδT細胞）數量增加，PD-1表達降低，多種細胞因子共同免疫作用增強，二甲雙胍處理的小鼠腫瘤組織中的IFN-γ濃度比對照組中濃度高。二甲雙胍介導的氧氣增加激活了γδ T抗腫瘤免疫應答。GL261細胞表達NKG2D的配體Rae-1, 二甲雙胍處理增強了γδ T細胞中的NKG2D的表達，NKG2D陽性的γδ T細胞可以產生IFN-γ，殺傷腫瘤細胞。因此復氧條件下，二甲雙胍處理可以啟用γδ T細胞，恢復其免疫殺傷功能。
那麼腫瘤的低氧環境如何調控γδ T細胞中NKG2D的表達呢？使用線粒體複合體I抑制劑魚藤酮（Rotenone）處理細胞模擬低氧環境，Rotenone處理降低了γδ T細胞中NKG2D的表達。在線蟲中低氧透過cAMP通路啟用PKA訊號通路，單細胞測序分析發現腫瘤浸潤的γδ T細胞PKA表達較高，進一步研究發現低氧在轉錄水平調節了PKA的表達。使用cAMP的類似物Sp-8-Br-cAMP處理細胞可以抑制γδ T細胞中NKG2D的表達。Rotenone的處理促進了γδ T細胞中PKA亞基的表達，而二甲雙胍處理降低了體內PKA的表達。因此 二甲雙胍介導的腫瘤微環境中復氧透過cAMP-PKA軸調控γδ T細胞中NKG2D的表達。NKG2D表達升高提高了γδ T細胞的敏感性，使其產生抗腫瘤的細胞因子，對腦腫瘤微環境中的腫瘤細胞具有直接細胞毒性。
（圖片引自“風溼中心”http://www.360doc.com/content/21/0417/09/72388143_972734842.shtml）
綜上所述，本文揭示了一個低氧介導的免疫細胞抗腫瘤機制，強調了γδ T細胞在腫瘤免疫中的重要作用。腦腫瘤細胞的氧濃度和免疫細胞功能密切相關，γδ T細胞需要NKG2D產生干擾素，而低氧透過啟用PKA訊號通路抑制γδ T細胞中NKG2D的表達從而抑制γδ T細胞的腫瘤殺傷功能。二甲雙胍處理降低了γδ T細胞中PKA亞基的表達，增強了NKG2D的表達從而恢復了γδ T細胞的免疫功能。二甲雙胍處理與抑制HIF-1α聯合療法可以提高γδ T的抗腫瘤作用，本文為腦瘤的免疫治療提供了一種新的臨床治療思路。
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