HIF-induced metabolites shape CD8+ T cell differentiation and function: implications for cancer immunotherapy

L’immunoterapia consiste in una terapia biologica che agisce sul sistema immunitario di un paziente, per modularne l’attività e reindirizzarlo contro le cellule tumorali. Le cellule T CD8+, o linfociti T citotossici, costituiscono un elemento centrale delle attuali immunoterapie. Tramite manipolazione genetica è possibile far esprimere alla cellula T un chimeric antigen receptor (CAR) che riconosca in modo specifico un antigene tumorale, reindirizzando così la cellula CAR-T per combattere il tumore. Un’approfondita conoscenza delle dinamiche funzionali delle cellule T CD8+ è dunque cruciale per l’avanzamento delle immunoterapie. I linfociti T sono dotati di estrema mobilità e plasticità. All’interno di masse tumorali, le cellule T sono spesso esposte ad ambienti ipossici e poveri di nutrienti. Ridotta disponibilità di ossigeno e stimolazione del recettore dei linfociti T da parte di un antigene inducono la stabilizzazione del fattore di trascrizione inducibile da ipossia 1α (HIF-1α). L’attivazione del pathway di HIF causa un drastico aumento dell’espressione di geni glicolitici, con conseguente riprogrammazione del metabolismo cellulare a favore della glicolisi. Specifici metaboliti, indotti dall’attivazione di HIF-1α, si accumulano sia a livello intra- che extra-cellulare. Questi comprendono intermedi glicolitici e derivati del ciclo di Krebs, come il lattato e l’idrossiglutarato, rispettivamente. Precedenti studi condotti dal nostro gruppo hanno dimostrato che l’enantiomero “S” dell’idrossiglutarato (S-2HG) esercita un’azione favorevole sull’attività antitumorale delle cellule T CD8+. Il lattato, prodotto dalle cellule in forma di acido lattico, è a lungo stato considerato un mero prodotto di scarto della glicolisi con proprietà immunosoppressive. Tuttavia, nessuno studio ha finora analizzato l’effetto dell’anione lattato sull’attività delle cellule T CD8+ indipendentemente dalle proprietà acidificanti della sua forma coniugata. Lo scopo complessivo di questo progetto di dottorato si è focalizzato sullo stabilire il ruolo di particolari metaboliti indotti da HIF, nel modulare l’attività immunologica delle cellule T CD8+. In un primo studio, ci siamo occupati di definire se l’implemento di S-2HG nella produzione di cellule CAR-T contribuisca a migliorarne l’efficacia terapeutica. I dati ottenuti, recentemente pubblicati sulla rivista scientifica internazionale Blood Advances, dimostrano come il trattamento ex vivo di cellule CAR-T con S-2HG favorisca lo sviluppo di un fenotipo di memoria e una risposta antitumorale complessivamente superiore. Una seconda parte di questo progetto è stata dedicata all’analisi del ruolo del lattato come immunometabolita e fonte di energia per le cellule T CD8+. I dati ottenuti, non ancora pubblicati e discussi nella seconda parte di questa tesi, hanno rivelato un’inaspettata funzione di questo intermedio metabolico nelle cellule T CD8+. Tramite “etichettatura isotopica”, una tecnica che consente di tracciare il destino di un isotopo attraverso, ad esempio, una via metabolica, siamo stati in grado di rivelare gli specifici pathway di incorporazione del lattato all’interno del metabolismo delle cellule T CD8+ attivate. Questo ed ulteriori esperimenti hanno dimostrato come il lattato non sopprima, bensì sostenga l’espansione e l’attività delle cellule T CD8+, influenzandone l’intero panorama metabolico ed epigenetico. Infine, abbiamo cercato di stabilire l’effetto dell’attività fisica sulla funzione e l’efficacia antitumorale delle cellule T citotossiche. Tramite varie tecniche, tra cui deplezione ed adoptive transfer delle cellule T CD8+, in modelli murini di tumore, siamo stati in grado di dimostrare una diretta connessione tra l’effetto protettivo dell’esercizio e l’attività delle cellule T CD8+. Questi dati, pubblicati recentemente sulla rivista scientifica internazionale eLife, dimostrano come un’attività fisica intensa sia in grado di influenzare l’attività delle cellule T CD8+, attraverso l’alterazione del milieu metabolico dell’organismo. In conclusione, i risultati qui presentati contribuiscono ad approfondire la nostra conoscenza delle dinamiche di interazione tra ambiente esterno, metabolismo cellulare e risposta immunitaria delle cellule T CD8+. Questi studi inoltre dimostrano come il milieu metabolico contribuisca a modulare l’attività delle cellule T CD8+, specialmente in condizioni di ridotta ossigenazione. Infine, le nostre scoperte identificano un nuovo ruolo del lattato nelle cellule T CD8+, non come prodotto di scarto ed immunosoppressivo, bensì come fonte di energia ed immunometabolita in grado di modulare l’attività della cellula.