《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Mast cell driven immunometabolism as a therapeutic entry point in ESCC
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食管鳞状细胞癌 (Esophageal squamous cell carcinoma, ESCC) 是最具侵袭性的上皮恶性肿瘤之一，大多数患者从手术、放化疗或免疫检查点抑制中获益甚微。近期的研究表明，肿瘤代谢重编程和免疫功能障碍协同演进、相互促进，但这些过程
食管鳞状细胞癌 (Esophageal squamous cell carcinoma, ESCC) 是最具侵袭性的上皮恶性肿瘤之一，大多数患者从手术、放化疗或免疫检查点抑制中获益甚微。近期的研究表明，肿瘤代谢重编程和免疫功能障碍协同演进、相互促进，但这些过程之间的因果关系仍未完全阐明。肥大细胞 (Mast cells, MCs) 是一类受到更多关注的基质细胞群。虽然正常情况下与过敏反应、组织修复和炎症反应相关，但ESCC中的MC通常聚集在代谢压力最显著的基质、血管和缺氧区域。这种空间分布表明，MCs通过释放脂质介质（包括前列腺素、白三烯和血小板活化因子 (platelet activating factor, PAF) ）主动塑造肿瘤的代谢状态。这些介质会放大肿瘤细胞的脂质代谢程序，并促成一个免疫抑制环境，其中树突状细胞的启动减弱，细胞毒性T细胞 (cytotoxic T cell, CTL) 功能逐渐受损。MC来源的细胞因子和蛋白酶进一步重塑细胞外基质并重组基质结构，共同促进恶性细胞向邻近组织侵袭。单细胞和空间转录组分析揭示了肿瘤浸润性MCs之间存在显著的异质性，表明不同的表型亚群参与不同的代谢和免疫环路，并且只有一部分可能具有功能上的促肿瘤作用。这些发现引发了人们对靶向MC相关介质、抑制脂质代谢酶或将代谢调节与免疫检查点疗法相结合的越来越大的兴趣。对MCs如何协调ESCC中代谢和免疫重塑的严格机制理解，最终可能支持基于生物标志物的患者分层，并为能够克服当前治疗方式耐药性的新型联合治疗方案提供信息。
1 引言
食管鳞状细胞癌 (ESCC) 是全球，特别是在东亚和非洲地区，面临的严峻健康挑战。尽管结合了先进的手术技术、放化疗和免疫疗法，但由于快速生物学进展和内在治疗耐药性，总体预后仍不理想。代谢重编程现已被认为是该恶性肿瘤的一个基本特征。癌细胞执行代谢通路的全面重编程以维持增殖并调节周围的微环境。在ESCC中，脂质代谢的深刻改变，包括加速的花生四烯酸信号传导和失调的脂肪酸合成，是肿瘤侵袭和免疫逃避的主要驱动因素。近期的多组学表征进一步证实，这些脂质代谢特征与免疫功能障碍和临床难治状态存在功能上的耦合。
ESCC的免疫景观是由调节性T细胞 (regulatory T cells, Tregs)、髓源性抑制细胞 (myeloid-derived suppressor cells, MDSCs) 和M2极化巨噬细胞组成的抑制性联盟所定义。这些群体与前列腺素E2 (prostaglandin E2, PGE2) 等代谢副产物协同作用，损害树突状细胞的成熟并导致细胞毒性淋巴细胞的终末耗竭。总之，这种相互依赖性表明，ESCC的进展是由免疫代谢重塑的同步过程而非孤立事件所主导的。在此生态系统中，MC代表了一个关键但尚未完全表征的细胞区室。虽然历史上被归类为过敏性炎症的效应细胞，但现在肿瘤内的MC被认为是癌症生物学的有效调节剂。通过调节性分泌细胞因子、蛋白酶和生物活性脂质介质，MC影响新生血管形成、基质重塑和白细胞活化。它们在血管周围和缺氧生态位中的战略定位表明了其传递代谢信号转化为持续的炎症或抑制信号的前哨功能。尽管MC来源的类花生酸和PAF在多种恶性肿瘤中促进抑制性免疫环路，但它们在ESCC中的具体代谢表型和谱系特异性功能程序仍然定义不清。MC浸润与不良临床结果相关的初步证据强调了明确其机制贡献的必要性。本综述综合了当前证据，提出了一个MCs作为ESCC免疫代谢重塑的主动组织者的机制框架，旨在确定可用于基于生物标志物干预的可操作靶点。
2 癌症中MC的生物学与作用
MCs是源自造血祖细胞并在外周组织内完成终末成熟的常驻免疫细胞。它们由FcεRI和受体酪氨酸激酶KIT/CD117的表达所定义，共同调节其活化、生存和分泌程序。受刺激时，MCs释放含有组胺、类胰蛋白酶和糜蛋白酶等介质的预先形成的颗粒，随后合成细胞因子、趋化因子和脂质衍生的介质，以协调免疫细胞募集、血管动力学和基质重塑。
虽然MCs可以表现出抗肿瘤效应，但在大多数实体癌中，它们通过血管扩张、基质重塑和建立免疫抑制性免疫回路来支持肿瘤生长。它们的分泌组包括血管内皮生长因子 (VEGF)、成纤维细胞生长因子-2 (FGF-2)、白细胞介素-10 (IL-10) 和转化生长因子-β (TGF-β) 以及基质金属蛋白酶，这些因子共同协助肿瘤侵袭和转移扩散。MCs还通过释放前列腺素、白三烯和PAF等脂质介质来影响肿瘤代谢适应，这些介质影响肿瘤细胞和免疫浸润细胞中的代谢途径。PGE2可以增强脂肪酸合成和糖酵解，同时削弱抗原呈递和细胞毒性淋巴细胞活性，将MCs定位在代谢和免疫重编程的界面上。单细胞RNA测序 (scRNA-seq) 和空间转录组学研究揭示了肿瘤浸润性MCs之间的转录异质性，包括富含脂质代谢特征、缺氧反应程序和免疫抑制细胞因子的簇。这些发现表明，MCs包含功能特化的亚群，它们以亚群依赖的方式参与代谢和免疫环路。尽管在ESCC中的直接证据有限，但免疫组化研究显示MC在ESCC组织中定位于血管附近和侵袭前沿，与较差的预后相关。鉴于失调的脂质景观和高度免疫抑制的ESCC微环境，需要功能研究来定义MC亚型、绘制其代谢分泌组，并评估靶向MC来源的脂质介质是否可以增强ESCC的治疗效果。
3 ESCC中的脂质代谢重编程
脂质代谢失调是ESCC的一个决定性改变，并越来越被认为是功能性驱动因素而非次要的代谢后果。多组学分析已识别出可分层临床预后并与免疫排斥表型重叠的脂质特征，支持了脂质代谢和免疫重塑在ESCC中紧密相连的概念。
3.1 花生四烯酸途径与环氧合酶-2 (COX-2)/PGE2轴
花生四烯酸代谢在ESCC中经历了深刻的重编程，最显著地反映在COX-2的持续过表达和肿瘤组织内PGE2水平升高。COX-2催化花生四烯酸转化为PGE2，这是一种多效性介质，可驱动肿瘤增殖、血管生成、上皮-间质转化 (EMT)，并募集包括Tregs和MDSCs在内的免疫抑制群体。PGE2信号传导还通过诱导肿瘤和浸润免疫细胞上程序性死亡配体1 (PD-L1) 的表达来促进免疫逃避，并且与ESCC的化疗耐药和较差的临床结果相关。转录组分析进一步暗示EP4依赖的PGE2信号传导是CD8+T细胞浸润和细胞溶解能力的主要抑制因子，支持了花生四烯酸代谢直接塑造ESCC中免疫功能障碍的概念。然而，肿瘤内在与基质来源的PGE2的相对贡献仍未解决，这代表了一个关键的机制缺口。解决这个问题具有直接的转化意义，因为选择性抑制COX-2或下游EP4受体正在被评估为一种增强检查点阻断疗效和克服由该信号轴介导的免疫耐药性的策略。在ESCC基质中，MCs是PGE2的主要来源，并处于放大PGE2驱动的代谢抑制和维持免疫受限微环境的位置。
3.2 ESCC中的脂肪酸合成机制与脂质合成代谢
除了花生四烯酸代谢，磷脂重塑和脂肪酸合成在ESCC中也显著失调。脂肪酸合酶 (FASN) 是负责脂肪酸从头合成的关键酶，在ESCC组织中频繁过表达。FASN驱动的脂质合成提供了膜生物合成、能量储存和信号脂质生产的关键组成部分，所有这些对于维持快速的肿瘤细胞增殖至关重要。此外，FASN活性已被证明可激活致癌通路，如磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶-B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 (PI3K/Akt/mTOR) 通路信号传导，进一步促进肿瘤存活和进展。多组学分析已识别出固醇调节元件结合蛋白1 (SREBP1) 过表达是转移性ESCC的生物标志物，并表明脂肪生成重编程与早期复发密切相关。阻断脂肪酸合成可部分恢复抗原呈递通路，提出了ESCC侵袭和免疫抑制共享代谢决定因素的可能性。补充这些肿瘤内在机制，基质生物学证据表明，MC来源的PGE2和LTB4触发了一个旁分泌回路，增强了成纤维细胞中的SREBP1活性，从而加强了ESCC微环境中的脂肪生成程序。
3.3 胆固醇和鞘脂重编程
异常的胆固醇代谢是ESCC的一个决定性特征，由SREBP1信号传导驱动，促进乙酰辅酶A羧化酶 (ACC)、FASN和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶 (HMGCR) 的转录，从而维持膜胆固醇富集、脂筏依赖性致癌信号传导，并与侵袭性临床表型相关。除了在肿瘤细胞存活中的内在作用外，胆固醇代谢还通过损害抗原呈递和抑制细胞毒性T淋巴细胞的效应效力来充当免疫逃避的介质。转录组分析显示，富含胆固醇的ESCC生态位对PD-1阻断反应不佳，表明代谢重编程调节了免疫疗法的疗效。基质MCs已被证明可释放富含脂质的细胞外囊泡，其中含有鞘脂，提供了基质-肿瘤串扰维持胆固醇依赖性信号传导的潜在机制，尽管ESCC特异性验证仍然缺乏。
3.4 脂质代谢与免疫逃逸回路的整合
脂质代谢重编程在多个层次上基本影响ESCC进展。增强的脂肪酸合成和脂质摄取支持缺氧和营养受限的肿瘤微环境 (TME) 条件下的关键生物能量和生物合成需求。细胞内脂滴在细胞应激期间作为代谢库积累。包括溶血磷脂酸 (LPA) 和1-磷酸鞘氨醇 (S1P) 在内的生物活性脂质衍生物代谢物激活普遍存在的促存活和促迁移信号级联。除了这些肿瘤内在效应外，改变的脂质代谢通过产生强效免疫抑制介质和驱动肿瘤细胞与浸润T淋巴细胞之间必需营养物质的代谢竞争来塑造免疫微环境。ESCC中最近的空间免疫分析揭示了一个闭合的免疫代谢环路，其中PGE2和胆固醇的积累与CD8+T细胞浸润减少相关，表明代谢重塑主动加强了免疫隔离并促进了隐匿的转移进展。这些发现证明了探索涉及代谢抑制和免疫检查点阻断的组合策略以消除ESCC相关免疫耐药性的合理性。鉴于MCs构成了PGE2、白三烯和PAF的主要基质库，它们可能充当脂质介导的免疫抑制的上游细胞启动子。这一假说仍有待实验验证，代表了未来机制研究的关键前沿。表1总结了ESCC中MC相关免疫代谢机制的概述。
3.5 脂质重编程中分解代谢与合成代谢途径的整合
除了增强的脂质生物合成，ESCC代谢重编程还由分解代谢和上游代谢途径的协调整合所维持。脂肪酸β-氧化代表了肿瘤细胞利用脂质作为能量来源的关键机制。在线粒体内，β-氧化生成乙酰辅酶A和还原当量，为三羧酸 (TCA) 循环和氧化磷酸化提供燃料，从而支持肿瘤在代谢应激下的存活。同时，过氧化物酶体β-氧化有助于极长链脂肪酸的处理和维持脂质稳态，突出了这些细胞器在维持肿瘤代谢灵活性方面的互补作用。
在稳态条件下，MCs中的过氧化物酶体β-氧化在基础水平上运行，足以清除碳链长度为22或更多的极长链脂肪酸 (VLCFAs) 并维持膜脂质组成，从而支持MC的静息和组织监测，而不会触发过度的类花生酸生产。然而，在ESCC中，慢性暴露于肿瘤来源的脂质配体、缺氧信号以及持续的KIT或IgE受体激活驱动了肿瘤浸润性MCs中过氧化物酶体β-氧化活性的显著上调，产生过量的乙酰辅酶A，这些乙酰辅酶A优先进入花生四烯酸生物合成，随后在ESCC中生成PGE2和LTB4。同时，ESCC微环境中增加的过氧化物酶体H2O2负载使过氧化氢酶介导的中和饱和，允许氧化溢出，从而激活NF-κB并进一步放大MCs的促肿瘤转录程序。从稳态脂质清除到促肿瘤类花生酸扩增的转变代表了ESCC浸润性MCs中的一个关键代谢重编程事件，这代表了一个在机制上可测试的轴，可能作为ESCC的潜在治疗靶点。
除了脂质降解，柠檬酸穿梭提供了中心碳代谢和脂质合成之间的直接生化联系。从线粒体输出的柠檬酸被ATP柠檬酸裂解酶转化为胞质乙酰辅酶A，为脂肪酸和胆固醇的生物合成提供必需底物。这个过程功能性地将糖酵解衍生的碳通量与脂质合成代谢联系起来，从而加强了快速肿瘤生长所需的代谢可塑性。在稳态条件下，静息MCs通过SLC25A1严格调节线粒体柠檬酸输出。这种通量维持在足以进行基线磷脂周转的水平，但不足以驱动显著的从头脂肪生成或类花生酸合成。在ESCC浸润性MCs中，这种限制性被打破。缺氧驱动的HIF-1α激活和持续的糖酵解通量增加了可用于线粒体输出的柠檬酸，而ATP柠檬酸裂解酶和FASN被协调上调，将胞质乙酰辅酶A引导至扩展的磷脂库和持续的花生四烯酸酯化。这种转变直接维持了向ESCC微环境高输出分泌PGE2、LTB4和PAF，建立了一个在正常粘膜生理中不存在的、代谢驱动的免疫抑制环路。因此，柠檬酸穿梭活性从稳态到ESCC的转变代表了MC功能从稳态维持到主动免疫代谢抑制的定性重编程。总之，这些发现将柠檬酸穿梭定位为一个连接MC代谢适应与ESCC中持续免疫抑制信号传导的核心代谢枢纽。
糖酵解和氨基酸代谢通过为TCA循环提供关键中间体进一步促进脂质代谢重编程。增强的糖酵解通量产生丙酮酸，后者被转化为乙酰辅酶A，而谷氨酰胺代谢提供α-酮戊二酸以维持TCA循环活性。这些途径共同确保了脂质生产的生物合成前体的持续供应，同时支持氧化还原平衡和能量生成。ESCC中分解代谢和合成代谢途径的功能整合得到了近期代谢组学和脂质组学分析研究的进一步阐明。采用无监督代谢通路聚类的研究已将ESCC肿瘤分为三种不同的代谢亚型。这些类别包括脂质主导的MPC1、氨基酸主导的MPC2和能量代谢主导的MPC3。MPC1亚型的特点是三酰甘油和复杂脂质物种的显著积累，与增强的脂质合成代谢通量一致，而MPC3则表现出糖酵解和肉碱积累增加，反映了对脂肪酸氧化和线粒体能量产生的优先依赖。值得注意的是，MPC3表现出对PD-L1免疫疗法最差的临床反应，表明由肉碱介导的脂质穿梭和氧化磷酸化主导的分解代谢状态在机制上与ESCC的免疫耐药性相关。MPC1肿瘤的富含脂质微环境预计会扩展可用于MC膜磷脂合成和花生四烯酸酯化的底物库，从而增强类花生酸的分泌能力，使其超出正常粘膜组织中的水平。相反，MPC3肿瘤的糖酵解和氧化环境可能通过乳酸介导的信号传导维持MC活化，并促进MC介质输出向更深刻的免疫抑制谱转变。这些考虑表明，MCs在ESCC中的免疫代谢贡献并非均一的，而是由周围肿瘤的主要代谢亚型所塑造的。如果通过实验验证，这一假设将支持在ESCC的精准免疫治疗中将靶向MC通路作为代谢亚型分层靶向的组成部分。
这些相互关联的代谢途径对肿瘤微环境中的免疫细胞功能产生直接影响。脂肪酸氧化升高与T细胞耗竭和效应活性减弱相关，而葡萄糖和氨基酸代谢的破坏进一步限制了T细胞的激活和持久性。在这种代谢受限的环境中，MCs位于营养应激和缺氧的区域，在那里它们可能通过释放脂质介质和细胞因子来影响局部代谢通量。这种相互作用可能会加强免疫抑制回路并维持ESCC中的免疫逃避。总之，这些代谢适应表明，ESCC中的脂质重编程超出了生物合成和能量利用，最终与免疫调节相交。在这种背景下，MCs可能作为连接代谢重编程与免疫抑制信号传导的关键节点。图1对此进行了总结。在ESCC的TME中，MCs经历了以增强的糖酵解通量、柠檬酸输出和FASN为特征的脂质代谢重编程。脂肪酸被整合到膜磷脂中，作为花生四烯酸的储存库。活化后，花生四烯酸通过COX-2、5-脂氧合酶 (5-LO) 和PAF相关途径代谢，导致产生脂质介质，包括PGE2、LTB4和PAF。活化的MCs作为这些介质的主要来源，并将其释放到周围的微环境中。PGE2直接抑制CD8+T细胞和NK细胞活性，同时促进IL-10和TGF-β的产生，从而支持Treg扩增。同时，LTB4有助于MDSC的积累，而PAF与VEGF诱导和血管生成相关。其他MC来源的因子，如组胺和类胰蛋白酶，进一步调节TME。这些协调的代谢和信号通路共同建立了一个有利于ESCC肿瘤进展的免疫抑制生态位。
4 ESCC中的免疫微环境重塑
MCs在ESCC中作为战略性环境哨兵，定位于缺氧和富含脂质的生态位，将代谢信号转化为有效的免疫调节信号。激活后，MCs释放由前列腺素、白三烯和PAF组成的生物活性分泌组，驱动基质重塑并破坏浸润性CD8+T细胞的代谢适应性和效应功能。这种MC驱动的免疫代谢轴促进了一种抑制性结构，减弱抗原呈递并强制免疫排斥。因此，MC活化从根本上重塑了局部白细胞景观，创造了有利于肿瘤持续存在和免疫逃避的条件。
4.1 免疫细胞组成
ESCC中富含MC的肿瘤区域常常与CD8+T细胞密度降低和调节性亚群的涌入同时发生。Tregs和MDSCs的浸润升高与ESCC的不良预后密切相关。这种抑制性扩张主要由MC来源的脂质介质如PGE2和白三烯驱动，这些介质促进了这些抑制性群体的募集和扩增。这种代谢-免疫信号轴有效地中和了细胞毒性防御，促进了免疫逃避。在其他实体恶性肿瘤中的空间转录组学特征表明，MCs通常与成纤维细胞和内皮细胞聚集，形成充当免疫隔离区室或三级耐受区的免疫-基质枢纽。在ESCC中是否存在类似的MC中心生态位仍然是一个关键的知识缺口，需要高分辨率多组学澄清。
4.2 细胞因子-趋化因子信号传导与表型可塑性
除了脂质介导的信号传导，MCs还释放多样化的细胞因子和趋化因子，逐步重塑ESCC免疫生态系统。MC来源的PGE2作为一个多模态调节剂，抑制树突状细胞分化和抗原呈递，同时将巨噬细胞偏向促肿瘤的M2表型。同时，这种类花生酸信号传导损害CD8+T细胞的细胞溶解效力，并加强Treg区室，以加强局部免疫耐受。同样，白三烯信号传导促进MDSCs的积累，促成了一个深刻的抑制性环境。新出现的证据表明，富含IL-10的MCs可以作为具有潜在全身影响的局部细胞因子库，包括抑制肿瘤引流淋巴结内的免疫启动。鉴于ESCC的浸润性和致密基质结构，这种MC依赖性机制在生物学上是可信的，并需要在临床队列中进行系统性研究。
4.3 重编程免疫命运的代谢信号
MC来源的类花生酸，特别是PGE2，是ESCC微环境中的主要代谢配体。通过前列腺素E受体1至4 (EP1至EP4) 的信号传导启动细胞内级联，如PI3K/AKT和丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 通路，加速肿瘤细胞增殖并促进迁移表型。在ESCC中，COX-2/PGE2轴的持续上调仍然是肿瘤侵袭性增强和不良临床结果的可靠相关因素。除了PGE2的促肿瘤作用，MCs还动员包括LTB4和半胱氨酰白三烯在内的白三烯，以促进EMT和促进组织侵袭。此外，通过血小板活化因子受体 (PAFR) 介导的PAF信号传导驱动血管生成和生物量扩张。虽然在ESCC中的直接证据目前正在出现，但食管谱系中PAFR的表达记录表明PAF在刺激VEGF产生和促进微血管形成中具有致病作用，这与在乳腺和肺部恶性肿瘤中的观察一致。图2对此进行了总结。MCs聚集在ESCC TME的基质和血管周围生态位中，激活后释放一系列脂质介质，包括PGE2、LTB4和PAF，以及免疫调节细胞因子，如IL-10和TGF-β。这些介质通过COX-2信号支持肿瘤细胞增殖，并通过诱导内皮细胞中的VEGF表达促进血管扩张。同时，MC来源的脂质和细胞因子通过降低细胞毒性T淋巴细胞和自然杀伤细胞活性，并促进Tregs和MDSCs的募集和功能强化，削弱抗肿瘤免疫。这些MC驱动的通路共同建立了一个免疫难治和代谢条件化的微环境，使ESCC中的肿瘤得以持续存在和进展。
PGE2、LTB4和PAF之间的关系并非简单的相加。这些介质参与协同和拮抗的相互作用，塑造MC分泌组的整体免疫抑制输出。在细胞内信号传导水平，PGE2和PAF汇聚在部分重叠的下游通路上。PGE2通过EP2和EP4受体激活腺苷酸环化酶和PI3K，而PAF通过PAFR参与PI3K和MAPK信号传导，从而促进肿瘤细胞存活和血管生成反应。此外，据报道PGE2可增强靶细胞上的PAFR表达，这可能增加细胞对PAF的反应性，并有助于TME内的前馈放大环路。在免疫调节水平，PGE2和LTB4似乎发挥互补而非冗余的功能。PGE2通过EP受体信号抑制树突状细胞成熟和CD8+T细胞活性，而LTB4通过BLT1结合促进MDSCs的募集和积累。这些介质共同影响抗肿瘤免疫反应的不同节点，包括抗原呈递和细胞毒性效应功能。LTB4和PAF也可能在塑造髓系细胞募集中协同作用。被LTB4募集的嗜中性粒细胞可以在炎症条件下产生PAF，这表明存在一种在肿瘤基质内延伸初始MC来源信号的跨细胞放大环路。一个重要的拮抗相互作用发生在花生四烯酸代谢水平。COX-2和5-脂氧合酶竞争MCs内的相同底物库。当COX-2活性被抑制时，花生四烯酸可用于5-LO介导的代谢的可能性增加，可能导致白三烯产生的代偿性增加。这种代谢转移被认为是导致C
