Cell正刊：真菌来源的纤维二糖代谢通路为T细胞提供能量以绕过瘤内葡萄糖竞争

实体瘤 harbors 免疫抑制微环境，通过大量消耗葡萄糖来抑制肿瘤浸润淋巴细胞。我们试图通过为T细胞提供专属燃料来源来恢复其功能。葡萄糖二糖纤维二糖是纤维素的构建单元，含有β-1,4-糖苷键，动物（或其肿瘤）无法水解，但真菌和微生物已进化出将纤维二糖分解为可利用葡萄糖的酶。我们为小鼠T细胞和人类嵌合抗原受体T细胞装备了两种源自真菌的蛋白质，使其能够导入和水解纤维二糖，并证明在葡萄糖缺乏时补充纤维二糖可恢复关键的抗肿瘤T细胞功能：活力、增殖、细胞因子产生和细胞毒性杀伤。装备了纤维二糖代谢能力的T细胞可抑制肿瘤生长并延长生存期。提供对天然二糖的独家访问权可增强癌症免疫疗法。这种方法可用于解答关于许多细胞类型、生物过程和疾病中葡萄糖代谢的问题。

纤维二糖是构成纤维素的葡萄糖二糖，在植物物质中含量丰富，具有作为碳源和能源的巨大潜力，但由于两个主要原因，它在动物细胞中对分解代谢过程保持惰性。首先，后生动物的糖运输主要限于单糖。其次，连接纤维二糖中葡萄糖分子的β-1,4-糖苷键不能被哺乳动物糖苷水解酶有效水解。另一方面，纤维二糖的运输和水解可以在纤维素分解微生物（如真菌和细菌）中有效进行。因此，纤维二糖可以为工程化T细胞提供专属的葡萄糖来源，因为它对肿瘤是不可及的。

在此，我们报道了在原始小鼠和人类T细胞中异源表达来自粗糙脉孢菌的纤维二糖转运蛋白和β-葡萄糖苷酶，使它们能够强效分解纤维二糖，从而将T细胞从葡萄糖剥夺中拯救出来。我们证明肿瘤细胞缺乏利用纤维二糖的能力，使得这种营养物质能够专门支持T细胞的代谢。我们展示了使工程化T细胞能够克服肿瘤微环境中的葡萄糖限制可以增强它们清除肿瘤的能力。最后，我们证明这种能力可以与人类CAR-T细胞结合，以增强在低葡萄糖环境中的效应功能和杀死肿瘤细胞的能力。

图1展示了从真菌中提取的纤维二糖代谢基因在哺乳动物T细胞中的表达和功能验证。A部分示意了纤维二糖代谢通路：CDT-1转运蛋白将细胞外的纤维二糖转运入细胞内，GH1-1 β-葡萄糖苷酶将其水解为两分子葡萄糖。B部分展示了基于MSCV的逆转录病毒载体设计，每个基因通过2A肽连接一个荧光蛋白（GFP或mCherry）。C部分通过流式细胞术显示，转导后的小鼠CD8+T细胞中，超过80%的细胞同时表达GFP和mCherry，且与HA标签染色一致，证实了基因的成功共表达。D部分的共聚焦显微镜显示，CDT-1-HA（红色）定位于T细胞周边，符合其作为转运蛋白的功能；而GH1-1-HA（绿色）呈弥散分布，表明其定位于胞质。E部分通过LC-MS显示，单独表达CDT-1的T细胞在孵育纤维二糖后，细胞内纤维二糖积累速率显著高于对照细胞。F部分通过葡萄糖检测显示，单独表达GH1-1的T细胞裂解液能将纤维二糖转化为葡萄糖，而对照细胞无此能力。

全文总结

本研究开发了一种创新的代谢工程策略，通过向T细胞导入真菌来源的纤维二糖转运蛋白CDT-1和β-葡萄糖苷酶GH1-1，赋予其利用纤维二糖作为专属燃料源的能力，从而绕过肿瘤微环境中的葡萄糖竞争，增强抗肿瘤免疫。该平台的核心创新在于利用天然二糖纤维二糖作为"专属燃料"。纤维二糖由两个葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接，哺乳动物细胞（包括肿瘤细胞）缺乏水解该键的酶，而真菌来源的CDT-1和GH1-1可分别实现其跨膜转运和胞内水解。当CG-T细胞进入肿瘤微环境后，补充的纤维二糖被转运入胞，水解为葡萄糖，进入糖酵解途径，为T细胞提供能量和生物合成前体。在机制层面，同位素示踪证实，来自纤维二糖的碳原子几乎完全进入糖酵解、磷酸戊糖途径和TCA循环的代谢物中，标记模式与葡萄糖高度相似。代谢组学显示，纤维二糖可恢复葡萄糖剥夺导致的多种代谢物耗竭，包括能量载体ATP、还原当量GSH、以及合成代谢前体。转录组学分析显示，肿瘤浸润的CG-T细胞富集了T细胞活化和效应功能的基因表达，且处于增殖期的细胞比例显著高于对照T细胞。在功能层面，纤维二糖在体外完全恢复了CG-T细胞在葡萄糖剥夺条件下的存活、增殖、细胞因子产生和细胞毒性杀伤能力。在EL4-OVA淋巴瘤模型中，输注OT-I CG-T细胞并给予纤维二糖的小鼠生存期显著延长，17%达到完全缓解。在人类CAR-T细胞系统中，CAR-CG-T细胞在低葡萄糖条件下补充纤维二糖后，存活率、增殖、特异性杀伤和细胞因子产生均显著增强。在Raji-CD19荷瘤小鼠中，纤维二糖治疗使肿瘤内浸润的CAR-CG-T细胞中增殖标志Ki67阳性比例提高到43%。

本研究的重要创新在于：第一，首次将真菌来源的纤维二糖代谢通路导入哺乳动物T细胞，创造性地解决了肿瘤微环境葡萄糖竞争导致的T细胞功能障碍；第二，利用纤维二糖作为"专属燃料"的策略具有高度特异性，肿瘤细胞无法利用，确保了能量供给的靶向性；第三，该策略可与CAR-T等免疫疗法无缝整合，在多种功能指标上均显示出协同增强效果；第四，纤维二糖已被FDA认证为"公认安全"物质，具有良好的临床转化前景。该研究为克服实体瘤免疫治疗的代谢障碍提供了全新范式。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.01.015