调节性T细胞（Tregs）是肿瘤免疫抑制的关键介质，其特征为表达FOXP3转录因子。随着肿瘤进展，Tregs在肿瘤微环境中逐渐富集，而效应T细胞数量相应减少。Tregs如何特异性地适应肿瘤微环境并维持功能，是肿瘤免疫治疗的重要科学问题。

肿瘤具有高度活跃的能量代谢特征，其中谷氨酰胺分解是核心代谢途径之一，该过程产生大量副产物氨，对免疫细胞具有毒性作用，可导致CD8⁺ T细胞死亡或耗竭。值得注意的是，记忆T细胞可通过尿素循环解毒氨以维持存活，提示Tregs可能具有类似的代谢适应机制。

近日，徐州医科大学附属医院吕凌教授与南京医科大学第一附属医院的古鉴教授研究团队在Cell上发表研究论文“Tumor-produced ammonia is metabolized by regulatory T cells to further impede anti-tumor immunity”，该研究以肝细胞癌为模型，运用空间多组学技术解析肿瘤微环境中氨代谢的特征，旨在阐明Tregs如何适应氨富集微环境并介导免疫抑制的分子机制。

技术路线图

研究结果

1. 空间异质性：Tregs富集与氨积累相关

研究者首先对人肝细胞癌组织进行了空间多组学整合分析，发现肿瘤内部存在代谢特征各异的亚区域。通过免疫细胞标记基因的空间定位，观察到其中部分亚区域呈现明显的Tregs富集现象；与此同时，这些区域的代谢特征分析显示其具有活跃的谷氨酰胺分解过程。这一发现提示，Tregs的空间分布与局部高谷氨酰胺分解活性可能存在空间上的关联。

然而，进一步的数据分析表明，单纯的“高谷氨酰胺分解”并不能完全决定Tregs的富集程度。在对六个独立样本的详细比较中，研究人员发现，在谷氨酰胺分解活性最高的区域中，Tregs并不总是占据主导地位，说明仅靠该代谢特征不足以稳定驱动Tregs的聚集。而只有在那些同时具备高谷氨酰胺分解活性和低尿素循环活性的区域，FOXP3⁺ Tregs才会呈现稳定且显著的富集。

图1. 高氨解和低尿素循环活性是具有Treg富集的肿瘤亚区的关键代谢特征

由此，研究者提出一个假设：由于氨是谷氨酰胺分解的关键副产物，而尿素循环是细胞清除氨的主要途径，因此“高分解‑低代谢”这一组合特征很可能导致该区域氨的局部积累，进而创造出一个有利于Tregs存活与聚集的微环境。换言之，氨的积累可能是连接异常代谢特征与Tregs空间富集之间的直接驱动因素。

2. 氨选择性促进Tregs存活并增强其功能

接下来研究者对这个假说进行验证。首先对血液分离的T细胞进行体外氨处理，结果显示，在相当于瘤内浓度的氨（5mM）作用下，Tregs存活无影响，但CD8⁺及CD4⁺ T细胞增殖受到显著影响；即使氨浓度升高至10 mM和20 mM，Tregs仍表现出远低于效应T细胞的死亡率。另外值得注意的是，氨处理不仅未损害Tregs的生存，反而上调了其关键功能分子FOXP3、PD-1及CTLA-4的表达，并显著增强了其免疫抑制能力。

体内实验进一步验证了氨的选择性作用。富氨饲料喂养可升高小鼠外周血氨水平，并显著增加脾脏及外周血中Tregs的频率和绝对数量；而通过鸟氨酸注射降低氨水平后，Tregs的比例恢复正常。凋亡分析也证实，氨在体内同样选择性诱导效应T细胞凋亡，同时上调Tregs中PD-1和CTLA-4的表达。

图2. Trges细胞可抵抗氨诱导的凋亡

这些结果共同表明，氨在肿瘤微环境中可选择性地支持Tregs存活并增强其抑制功能。

3. Tregs的氨解毒能力：尿素循环增强

为了进一步探究Tregs耐受并适应高氨环境的深层机制，研究团队从氨代谢能力入手，系统比较了不同T细胞亚群之间的差异。结果显示，Tregs的胞内氨浓度显著低于效应T细胞，而尿素循环中间代谢物（如瓜氨酸、精氨酸）的积累却更为显著。通过15N标记氨的示踪代谢流分析进一步证实，Tregs能够将更多外源性氮整合至尿素循环的中间产物中，表明其尿素循环活性显著增强。

在分子机制层面，单细胞转录组数据分析发现，肿瘤浸润性Tregs特异性高表达尿素循环的关键酶——精氨琥珀酸裂解酶（ASL），这一特征在外周血来源的T细胞中并未出现。体外实验表明，氨暴露可显著诱导Tregs中ASL在mRNA及蛋白水平的表达上调。进一步机制解析显示，氨通过招募共激活因子SRC3，促进转录因子STAT3与ASL启动子区域结合，从而在转录层面特异性激活ASL的表达。

功能层面，在Tregs中敲低ASL后，细胞出现胞内氨积累、氨耐受能力丧失以及尿素循环代谢紊乱等表现。动物实验也证实，ASL缺陷的Tregs在体内无法有效促进肿瘤生长。值得注意的是，在ASL缺陷背景下，Tregs对抗PD-1治疗的反应显著增强，提示该代谢通路可能参与免疫治疗耐药的形成。

图3. 氨暴露通过上调氨酰琥珀酸裂解酶表达激活尿素循环

综上，该部分研究揭示，ASL介导的尿素循环活化是Tregs适应肿瘤高氨微环境、维持自身稳态并增强免疫抑制功能的核心代谢机制。

4. 氨通过FOXP3-SMS-精胺轴驱动Tregs代谢重编程

然而，单纯的氨解毒机制并不足以完全解释氨对Tregs免疫抑制功能的显著增强作用。因此研究者进一步推测，Tregs可能具备独特的代谢重编程能力，能够将氨或其衍生物转化为驱动自身功能活化的能量或信号分子。

为验证这一假设，团队首先通过转录组分析发现，氨处理后Tregs中氧化磷酸化（OXPHOS）通路基因显著富集。与之相符的功能实验表明，氨暴露后Tregs耗氧率明显升高，线粒体结构保持完整，ATP合成与膜电位均显著增强，证实其OXPHOS水平在氨环境下被系统性提升。

在代谢调控层面，研究发现Tregs特异性高表达精胺合成酶（SMS），其催化产物精胺在Tregs中含量显著上升。机制上，氨通过促进转录因子FOXP3与SMS启动子直接结合，从而上调SMS表达。功能缺失实验显示，敲低SMS可完全阻断氨诱导的OXPHOS增强及免疫抑制功能提升；而补充其底物亚精胺则可恢复Tregs的代谢表型。反之，过表达精胺降解酶SAT1会降低精胺水平并抑制OXPHOS活性。

图4. 氨通过FOXP3-SMS-精胺轴，促进Tregs的氧化磷酸化

综上，这部分研究表明，氨通过FOXP3-SMS-精胺轴推动Tregs发生代谢重编程，从而将氨压力转化为功能增强的驱动力。

5. 精胺的作用靶点：PPARγ

接下来研究者确定了精胺在Tregs代谢重编程中的直接作用。首先，直接外源性精胺处理未能影响Tregs的功能，提示其难以直接进入细胞，而在SMS缺陷的Tregs中补充其前体亚精胺，仅当亚精胺转化为精胺时，才能恢复Tregs的OXPHOS增强效应。反之，促进精胺降解则显著抑制OXPHOS。

在精胺的作用机制方面，研究者通过衍生探针化学蛋白质组学筛选，成功鉴定出核受体PPARγ为精胺的直接分子靶点。功能验证显示，虽然氨处理不改变PPARγ的表达水平，但在Tregs中敲低PPARγ可完全阻断氨诱导的OXPHOS增强。在动物模型中，PPARγ的缺失同样逆转了氨对Tregs功能及肿瘤进展的促进作用。

图5. 精胺通过PPARγ增强Treg OXPHOS和免疫抑制能力

这些数据共同证明，氨通过诱导内源性精胺合成，进而靶向激活PPARγ，最终驱动Tregs的代谢与功能重塑。

6. 精胺-PPARγ轴作用机制：增强Treg的OXPHOS

接下来，研究者通过生物物理实验证实了精胺与PPARγ具有高亲和力结合。细胞热位移实验与药物亲和响应靶标稳定性分析进一步表明，精胺能够增强PPARγ的热稳定性并保护其免于降解。晶体结构解析显示，精胺通过静电互补与氢键作用，结合于PPARγ蛋白表面的Glu319、Ser370及Glu371残基。功能实验证实，突变上述任一关键残基均可完全阻断精胺与PPARγ的结合，并消除其对Tregs氧化磷酸化及免疫抑制功能的增强效应。

在机制层面，精胺-PPARγ复合物能够直接结合至线粒体呼吸链复合物I–V多个亚基（如NDUFC1、SDHC、UQCRQ等）的启动子区域，从而系统性上调氧化磷酸化相关基因的转录。

图6. 精胺直接结合PPARγ，从而发挥调控作用

7. 抗PD-1治疗通过诱导肿瘤细胞转脱氨产氨增强Tregs功能并导致耐药

在明确上述机制的基础上，研究进一步探索了该代谢轴在免疫治疗中的临床意义。对接受抗PD‑1治疗的肝癌患者样本进行分析，发现治疗后肿瘤局部氨水平显著升高，且伴随Tregs浸润增加。机制研究表明，PD‑1抗体主要通过诱导肿瘤细胞凋亡并激活转脱氨途径，导致氨的释放。

在荷瘤小鼠模型中，抗PD‑1治疗初期虽能抑制肿瘤生长，但约9天后出现耐药，此时瘤内氨蓄积、Tregs比例升高、转脱氨标志物α‑KG水平上升。联合使用转脱氨关键酶GLUD抑制剂可有效降低瘤内氨浓度、减少Tregs聚集、恢复CD8⁺ T细胞功能，从而逆转PD‑1耐药。

图7. 抗PD-1疗法会导致氨积累，从而增强Tregs功能，导致抗药性

上述结果提示，靶向肿瘤细胞凋亡‑转脱氨‑氨积累轴可能是克服免疫治疗耐药的新策略。

全文总结

本研究首先通过空间代谢组学与转录组学技术，发现人类肝细胞癌组织中存在代谢异质性亚区域，其特征表现为高谷氨酰胺分解和高氨含量，同时伴随Tregs高度富集。进一步研究发现Tregs通过上调精氨琥珀酸裂解酶（ASL）激活尿素循环来解毒氨。同时，氨还通过受FOXP3转录因子调控的精胺合成酶（SMS）转化为精胺。分子机制方面，精胺可直接与PPARγ结合，全面调控多种线粒体复合体蛋白的转录，从而增强Tregs的氧化磷酸化和免疫抑制功能。临床上，抗PD-1治疗中死亡的肿瘤细胞通过转脱氨作用释放氨，增强了Treg功能，导致免疫治疗耐，而靶向氨的生成可抑制Tregs，为抗肿瘤免疫治疗提供了潜在策略。

参考文献

Gu J, Li Y, Chen Q, et al. Tumor-produced ammonia is metabolized by regulatory T cells to further impede anti-tumor immunity. Cell. 2026

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