說到“鎂”大家一定都不陌生，作為人體的一種大量元素，它在酶促反應、骨的形成、神經興奮等多種生命活動中有着不可或缺的作用。
最近的這項研究，可能又要進一步拓寬我們對鎂的認知了——原來在免疫反應中，鎂也扮演了重要角色！
2022年1月19日，來自瑞士巴塞爾大學的Christoph Hess團隊在《細胞》期刊發表重要研究成果，他們發現鎂離子竟然在調節CD8+T細胞效應功能中發揮了重要作用(1)。這一發現對于增強惡性良性腫瘤免疫治療效果可能具有重要意義。
論文首頁截圖
低鎂飲食攝入和低鎂血症與包括感染和癌症在内的各種疾病發生相關。先前有報道稱，給小鼠喂食缺乏鎂離子的飲食，會加速癌細胞的擴散轉移(2)；另一項研究發現，鎂離子缺乏會導緻機體對流感的免疫反應受損(3)。
CD8+T細胞是适應性免疫系統的重要組成部分，在惡性良性腫瘤和感染的防禦中發揮着重要作用。那麼，鎂離子是否可能通過調控CD8+T細胞的功能，進而影響機體的免疫反應呢？
首先，Hess團隊使用含鎂離子的完全培養基和不含鎂離子的培養基，分别培養人的記憶性CD8+T細胞。結果發現，在缺乏鎂離子時，效應記憶CD8+T細胞的活化被顯著抑制，而初始CD8+T細胞沒有受到顯著影響。
随後，他們通過對多個功能基因集的整合分析發現，ITGAL基因編碼的蛋白CD11a可能在這一過程中發揮了作用。
之前已經有研究發現，CD11a與CD18結合形成白細胞功能相關抗原1（LFA-1），而LFA-1是一種整合素，可通過影響免疫突觸的形成調控T細胞的活化(4)。
在T細胞受體（TCR）信号的刺激下，LFA-1的構象會發生變化——LFA-1“蜷縮的身體”變得“舒展”開來，進而可以更好地結合配體，并激活下遊的FAK和ERK1/2通路。鎂離子可以與CD18和CD11a結合，促進LFA-1構象的打開，進而促進下遊通路的激活與T細胞的活化(5)。
Hess團隊發現LFA-1在初始CD8+T細胞上的表達很低，而在效應記憶性CD8+T細胞上表達較高，難怪初始CD8+T細胞不受鎂離子的影響！
LFA-1的不同構象狀态示意圖
進一步地，Hess團隊從遺傳學的角度探索了鎂離子-LFA-1信号軸的作用。他們發現，在敲除T細胞的LFA-1後，鎂離子對FAK和ERK1/2通路激活與T細胞活化的促進作用均消失了，這說明鎂離子對T細胞活化的調節作用依賴于LFA-1的作用。
随後，Hess團隊通過小鼠模型進一步探究鎂離子-LFA-1信号軸對機體免疫反應的調節作用。
他們發現，在限制小鼠飲食中的鎂攝入兩周後，小鼠體内鎂離子水準顯著降低，但是小鼠的總體健康狀況沒有受到顯著影響。在給小鼠注射anti-CD3ε F(ab')2片段來激活CD8+T細胞後，鎂離子正常小鼠的CD8+T細胞激活顯著強于低鎂飲食的小鼠。相比之下，來自LFA-1敲除小鼠的CD8+T細胞激活被顯著抑制，而且飲食的影響作用也消失了。
鎂離子正常小鼠的CD8+T細胞激活标志物CD69的表達顯著增強，低鎂飲食或LFA-1敲除小鼠的CD8+ T細胞中CD69僅小幅上調
既然鎂離子對于CD8+T細胞的活化有着如此重要的作用，那麼補充鎂離子是否可以增強CD8+T細胞對惡性良性腫瘤的殺傷能力呢？
Hess團隊發現，在擁有惡性良性腫瘤特異性記憶CD8+T細胞的小鼠中，瘤内注射MgCl2有助于抑制惡性良性腫瘤的生長。在清除小鼠體内的CD8+T細胞後，鎂離子的惡性良性腫瘤抑制作用消失了。進一步分析惡性良性腫瘤浸潤的免疫細胞發現，鎂離子處理組惡性良性腫瘤浸潤的CD8+T細胞數量增加，且表達更高的活化标志物。
鎂離子處理可增強CD8+T細胞對惡性良性腫瘤的殺傷作用
此外，他們還發現鎂離子處理組惡性良性腫瘤中的CD8+T細胞表達更高水準的PD-1，而将瘤内注射MgCl2聯合PD-1抑制劑治療，可以使小鼠的惡性良性腫瘤得到更好的控制。
最後，Hess團隊對鎂離子在惡性良性腫瘤臨床治療中的應用前景進行了評估。Blinatumomab是一種雙特異性抗體，它可以通過激活内源性T細胞，進而使其殺傷某些B細胞惡性惡性良性腫瘤。研究人員通過體外殺傷實驗發現，Blinatumomab的治療效果随着培養基中鎂離子濃度的降低而降低。
此外，鎂離子濃度對于CAR-T細胞的殺傷能力也有顯著影響，在通過飲食限制小鼠鎂離子攝入後，CAR-T細胞對惡性良性腫瘤的控制作用被顯著削弱。
瘤内注射MgCl2可增強CAR-T細胞對惡性良性腫瘤的抑制作用
這些發現促使Hess團隊回顧性分析了血清鎂離子水準，與CAR-T細胞治療和免疫檢查點抑制劑臨床研究中患者的臨床預後之間的關系。
他們發現，在CAR-T細胞治療的難治B細胞淋巴瘤患者中，與血清鎂離子水準正常的患者相比，鎂離子水準低的患者的總生存期和中位無進展生存期均更低。類似的，在非小細胞肺癌免疫檢查點抑制劑治療的臨床隊列中，發生過低鎂血症的患者的病理完全緩解率和生存期均降低。
文章内容總結圖
總的來說，這項研究發現鎂離子在免疫反應中也有着重要作用，鎂離子可通過與LFA-1結合來促進CD8+T細胞的激活。這一發現提示鎂離子可能作為一種免疫調節劑，在惡性良性腫瘤的免疫治療中有着重要的臨床意義。
參考文獻
1.J. Lotscher et al., Magnesium sensing via LFA-1 regulates CD8(+) T cell effector function. Cell, (2022).
2.A. Nasulewicz et al., Magnesium deficiency inhibits primary tumor growth but favors metastasis in mice. Biochim Biophys Acta 1739, 26-32 (2004).
3.C. Kanellopoulou et al., Mg(2+) regulation of kinase signaling and immune function. J Exp Med 216, 1828-1842 (2019).
4.N. Hogg, I. Patzak, F. Willenbrock, The insider's guide to leukocyte integrin signalling and function. Nat Rev Immunol 11, 416-426 (2011).
5.K. Zhang, J. Chen, The regulation of integrin function by divalent cations. Cell Adh Migr 6, 20-29 (2012).
責任編輯丨BioTalker