研究从泛癌种病人来源T细胞的大规模单细胞转录组数据入手，通过分析肿瘤微环境对线粒体代谢通路和基因在转录水平的重塑，提出了一碳代谢（1-C）中的肌氨酸脱氢酶（sarcosine dehydrogenase, SARDH）可作为潜在的T细胞代谢检查点这一概念。研究发现，SARDH通过影响T细胞内肌氨酸-甘氨酸代谢平衡，进一步影响T细胞内部的甲基化表观遗传修饰状态，从而对T细胞信号通路活性及功能状态起到调节作用。干扰SARDH的表达能够优化TCR-T等细胞免疫治疗的效果。此外，研究发现SARDH在T细胞中的表达或许与肿瘤组织中的一碳代谢转录失调及肌氨酸积累现象有关，进一步阐明了代谢环境与T细胞功能命运之间的关联。
为系统解析肿瘤浸润T细胞的代谢重编程机制，本研究构建了大规模泛癌种单细胞转录组分析框架（图 1）。通过在多个癌症类型当中比较肿瘤内部和正常组织中T细胞114条主要代谢通路转录水平的代谢差异，同时综合18种癌症类型的215,444个T细胞的单细胞转录组数据，分析线粒体代谢基因的在T细胞亚类的表达特征，最终确定一碳代谢中的基因SARDH与T细胞失能高度相关。
图 1 线粒体代谢相关候选基因筛选的计算分析流程示意图
SARDH在一碳代谢中催化肌氨酸脱氢生成甘氨酸的反应，是肌氨酸代谢的关键步骤。研究表明，SARDH在多个层面抑制T细胞功能。它抑制T细胞干性维持与免疫应答，限制T细胞的增殖、迁移与肿瘤浸润能力。基于肿瘤类器官和小鼠皮下荷瘤模型的研究显示，降低SARDH的表达可延缓肿瘤生长，增加T细胞浸润、增殖及细胞毒性。在靶向MART-1的TCR-T细胞中敲低SARDH的表达，能够增强其清除黑色素瘤（MART-1+ A375）的能力。
机制实验显示，SARDH通过调控其底物肌氨酸代谢来抑制T细胞功能。SARDH缺失会阻断肌氨酸向甘氨酸的转化，肌氨酸/甘氨酸相对浓度的改变可能通过影响其逆反应过程，导致该反应相关的代谢物SAM水平提高。SAM作为重要的甲基化供体，影响多种表观遗传修饰。研究观察到，敲低SARDH的表达会增强组蛋白H3K79me2修饰水平，促进NF-κB信号激活等相关基因的表达，从而提升T细胞功能状态（图 2）。进一步的实验表明，肌氨酸刺激可诱导T细胞中SARDH的表达，这一负反馈机制可能与维持细胞内肌氨酸等物质的稳态有关。患者样本分析显示，肿瘤组织肌氨酸水平显著高于正常组织，肿瘤浸润T细胞SARDH表达亦相对较高，提示肌氨酸驱动的SARDH上调是肿瘤抑制免疫的机制之一，与肿瘤微环境中的其他抑制性因素共同加剧T细胞功能障碍。
图 2 SARDH通过代谢通路影响T细胞功能的机制模型
综上，本研究综合运用基于大规模泛癌种单细胞测序的T细胞代谢通路与基因表达分析方法、体内外功能实验以及机制研究手段，系统地揭示了T细胞代谢调控在其功能状态决定过程中的关键作用。在此基础上，成功鉴定出一碳代谢酶SARDH为T细胞潜在的代谢检查点。本研究深入剖析了SARDH在肿瘤微环境中通过代谢-表观途径调控T细胞功能障碍的内在机制，为理解线粒体代谢在T细胞命运决定和功能发挥方面的作用提供了全新视角，也为优化现有的T细胞免疫疗法提供了重要的理论支撑。
