巨噬细胞的代谢状态与其功能息息相关，如何利用代谢来增强巨噬细胞免疫治疗的功效成为了一个有趣的问题。继iMAC, CAR-MAC技术平台之后，eMAC(metabolically Edited MACrophage) 的问世或许将能回答这个问题。
近年来，细胞免疫疗法在肿瘤治疗方面取得了许多重大进展。巨噬细胞参与了机体免疫的第一道防线，其功能与它本身的多样性和可塑性密切相关，并受到自身所处微环境的调控。巨噬细胞已经成为下一个具有治疗潜力的免疫细胞类型之一。外周血单核细胞（PBMC）来源的原代巨噬细胞无法高效进行基因编辑和工程化改造，因此iPSC来源的巨噬细胞（iMAC）成为髓系细胞免疫治疗的重要来源，而且已经有临床前试验证明CAR-iMAC具有抗肿瘤功能。然而，此前的 CAR-iMAC的设计重心在于增强其靶向性，并不能很好地维持巨噬细胞的促炎活性，在肿瘤微环境中容易转变为抑炎型巨噬细胞，进而失去抗肿瘤功能。因此，让iMAC持久地保持促炎状态成为目前亟待解决的问题。
2023年9月18日，威尼斯电子游戏大厅/威尼斯电子游戏大厅基础医学院/威尼斯电子游戏大厅医学院附属第一医院张进团队在Nature Communications杂志上发表了题为Metabolic Reprogramming via ACOD1 depletion enhances function of human induced pluripotent stem cell-derived CAR-macrophages in solid tumors的研究论文。该研究发现，ACOD1（或IRG1)的敲除可以增强巨噬细胞的促炎极化、对肿瘤细胞的吞噬能力和杀伤能力，并且 ACOD1-/- MSLN-CAR-iMAC表现出更强的实体肿瘤杀伤能力。此外，该研究还发现，ACOD1-/- MSLN-CAR-iMAC的抗肿瘤效果可以通过联用免疫检查点抑制剂进一步得到提升。这些研究结果提供了基于代谢重编程改造巨噬细胞的新思路。
研究者们首先通过基于人代谢基因文库的CRISPR Screen寻找调控巨噬细胞促炎极化的关键代谢基因。CRISPR Screen的结果发现KEAP1的敲除会显著抑制巨噬细胞的促炎极化，而ACOD1的敲除可以显著增强其促炎极化。于是，研究者们分别在iPSC中敲除了KEAP1和ACOD1。KEAP1敲除的iPSC后续无法成功分化获得iMAC，因此无法在iMAC中应用。ACOD1敲除的iPSC可以成功通过诱导分化获得ACOD1-/- iMAC。而且，后续的实验结果表明，与MSLN-CAR-iMAC相比，ACOD1-/- MSLN-CAR-iMAC在小鼠体内显示出更强的对卵巢癌和胰腺癌的抑制作用，并显著延长了小鼠的生存期（图一）。
图一. ACOD1敲除增强了MSLN-CAR-iMAC在小鼠体内的抗卵巢癌功能
为了进一步提升ACOD1-/- MSLN-CAR-iMAC的抗实体瘤疗效，研究者们又将其和免疫检查点抑制剂联用。研究结果表明，与PD-1抗体或CD47抗体联用可以显著提升ACOD1-/- MSLN-CAR-iMAC的抗卵巢癌功能（图二）。
图二. 与免疫检查点抑制剂联用增强了ACOD1-/- MSLN-CAR-iMAC的抗卵巢癌功能
从机制上来看，该研究发现了ACOD1-KEAP1-NRF2信号轴对于iMAC功能的调控作用。ACOD1基因的缺失导致ACOD1-/- MSLN-CAR-iMAC 中的衣康酸的丰度被抑制。衣康酸可以通过烷基化部分半胱氨酸残基，致使KEAP1失活，促进NRF2的积累和核转位，从而促进下游抗氧化基因的转录，同时抑制炎症基因的转录。ACOD1-/- MSLN-CAR-iMAC可以分泌较高水平的促炎细胞因子，产生更多的ROS，表现出增强的抗肿瘤活性（图三）。本研究提供了CAR-iMAC改造的新思路，ACOD1可以作为巨噬细胞肿瘤免疫治疗的新靶点，有望应用于实体肿瘤的临床治疗。
图三. ACOD1调控MSLN-CAR-iMAC抗肿瘤作用的模式图
值得一提的是，2023年9月12日，张进课题组联合威尼斯电子游戏大厅转化医学研究院王本课题组在美国科学院院刊（PNAS）上发表了题为Targeted glycan degradation potentiates cellular immunotherapy for solid tumors的论文。该研究报道了敲除CAR-iMAC表面与唾液酸结合的免疫检查点Siglec-5和Siglec-10的双敲除CAR-iMAC，也可以显著增强CAR-iMAC的抗实体瘤功能。
无论是通过对代谢的基因编辑，还是对免疫检查点的基因编辑，来实现巨噬细胞功能的提升，都可以被统称为Edited MAC或“eMAC”，这是在团队此前报道的“iMAC”和“CAR-MAC”技术基础上的改进与提升，也将为下一代巨噬细胞免疫治疗开启新的思路。
威尼斯电子游戏大厅/威尼斯电子游戏大厅基础医学院/威尼斯电子游戏大厅医学院附属第一医院张进是本文的通讯作者。张进课题组的2018级博士生王旭东（已毕业）和福建医科大学的2020级硕士生苏锶钰（已毕业）是本文的共同第一作者。其他作者包括张进课题组的朱雨晴、程臣、雷安华、张丽、徐雨雁，华盛顿大学的程孝龙博士，复旦大学的陈磊蕾博士，华盛顿大学李炜教授、福建医科大学张翼教授和复旦大学叶丹教授都为本研究做出了重要贡献。
张进团队正在生物信息、肿瘤免疫、发育代谢与干细胞等领域招聘博士后，有意者请联系zhgene@zju.edu.cn.
