摘要

肿瘤患者常表现为全身性缺铁，但肿瘤微环境（TME）因肿瘤坏死呈现局部铁过载，其对CD8+T细胞的影响与机制尚不明确。本研究证实，TME铁过载通过慢性TCR激活与肿瘤来源铁调素（Hepcidin） 双重抑制铁输出蛋白SLC40A1，导致CD8+T细胞内铁蓄积、脂质过氧化升高，最终诱发铁死亡与功能耗竭。恢复SLC40A1表达或使用铁螯合剂可逆转该过程；SLC40A1过表达CAR-T可抵抗铁过载杀伤，显著提升实体瘤治疗效果。本研究揭示铁代谢调控抗肿瘤免疫的新机制，为优化免疫细胞治疗提供工程化新策略。  

一、引言

铁代谢参与肿瘤细胞增殖与免疫细胞功能重塑，CD8+T细胞是抗肿瘤免疫核心效应细胞，但其铁稳态调控机制尚未阐明。临床观察到肿瘤患者全身缺铁而肿瘤局部铁富集，补铁干预对肿瘤免疫的影响存在争议。正常淋巴液铁浓度远低于血液，而TME因大量肿瘤细胞坏死形成显著铁过载微环境，这种局部高铁是否损伤CD8+T细胞、通过何种信号通路影响功能、能否用于优化CAR-T治疗，是亟待解决的关键科学问题。

本研究提出科学假说：肿瘤坏死导致TME铁过载；慢性TCR激活与肿瘤铁调素协同下调SLC40A1，造成CD8+T细胞铁蓄积，诱发铁死亡与功能耗竭；恢复SLC40A1或铁螯合可逆转该过程，SLC40A1过表达CAR-T可增强实体瘤疗效。  

二、材料与方法  

（一）临床样本

收集结直肠癌、肺癌患者外周血、肿瘤间隙液（TIF）、胸水及肿瘤组织；健康供者外周血与淋巴液作为对照。  

（二）动物模型

构建小鼠皮下肿瘤模型，分为高铁饮食组、正常饮食组、铁螯合剂（DFP）处理组、铁调素敲除/过表达组。

（三）细胞实验

分离并活化人/小鼠CD8+T细胞，体外给予不同浓度铁处理，联合铁死亡抑制剂（Fer-1、Lip-1）、铁调素干预；构建SLC40A1过表达CAR-T细胞。

（四）检测指标

- 铁浓度：组织/细胞铁含量、普鲁士蓝染色

- 细胞死亡与铁死亡：流式细胞术、脂质过氧化、ROS、线粒体形态

- 功能检测：IFN-γ、TNF-α、IL-2分泌，增殖能力，耗竭标志物表达

- 分子机制：qPCR、Western blot、多核糖体分析、空间转录组

三、结果  

（一）TME铁过载与CD8+T细胞耗竭正相关

- 临床样本：结直肠癌、肺癌患者外周血缺铁，TIF与胸水铁显著富集；小鼠模型呈现一致的外周缺铁、TME铁过载表型。

- 肿瘤坏死区铁沉积更高，CD8+T细胞浸润减少、胞内铁升高；空间转录组显示坏死区铁代谢基因富集、CD8+T细胞浸润降低。

- 生理状态下淋巴液铁远低于血液，TME铁远超正常组织；肿瘤浸润CD8+T细胞胞内铁随耗竭程度逐步升高。

（二）铁过载通过铁死亡驱动CD8+T细胞功能损伤

- 超生理浓度铁剂量依赖性诱导CD8+T细胞死亡，肿瘤细胞铁耐受显著高于CD8+T细胞。

- 铁死亡抑制剂可逆转铁诱导的T细胞死亡，降低ROS与脂质过氧化，挽救线粒体损伤。

- 铁过载抑制T细胞增殖，降低IFN-γ/TNF-α/IL-2分泌；体内肿瘤浸润CD8+T细胞存在显著脂质过氧化与铁死亡特征。  

（三）SLC40A1下调是CD8+T细胞铁蓄积与铁死亡的核心原因

- CD8+T细胞激活后铁摄入与储存基因上调，SLC40A1蛋白升高但mRNA下降；TCR激活增强SLC40A1翻译效率。

- 慢性TCR刺激抑制SLC40A1转录与翻译，导致胞内铁过载；铁死亡抑制剂可逆转慢性TCR+铁过载导致的T细胞功能损伤。

- 人/小鼠肿瘤浸润CD8+T细胞SLC40A1显著下调；回补SLC40A1可降低铁蓄积、抑制铁死亡、恢复效应功能。  

（四）肿瘤来源铁调素降解SLC40A1，加剧CD8+T细胞铁死亡

- 多种肿瘤高表达HAMP（铁调素），与患者不良预后相关。

- 铁调素处理降低SLC40A1，升高胞内铁、脂质过氧化与耗竭；肿瘤铁调素敲除减慢肿瘤生长，升高CD8+T细胞SLC40A1并增强功能。

- 铁调素过表达加速肿瘤生长，降低CD8+T细胞浸润与SLC40A1，加剧铁死亡。  

（五）铁调控重塑CD8+T细胞抗肿瘤免疫

- 高铁饮食升高TME铁，加剧CD8+T细胞铁死亡与耗竭，促进肿瘤生长。

- 铁螯合剂DFP降低TME铁，减少CD8+T细胞铁死亡，恢复杀伤功能并抑制肿瘤；卵巢癌模型验证一致结果。

（六）SLC40A1过表达CAR-T抵抗铁死亡，增强实体瘤疗效

- 肿瘤浸润CAR-T细胞SLC40A1下调，呈现铁死亡与耗竭表型；铁死亡抑制剂预处理增强CAR-T在体抗肿瘤效果。

- SLC40A1过表达使CAR-T抵抗铁与铁死亡诱导剂杀伤，胞内铁降低、脂质过氧化减少、细胞因子升高、耗竭降低。

- 小鼠模型证实SLC40A1过表达CAR-T浸润更好、存活更强、抑瘤更显著。  

四、讨论

本研究首次系统揭示TME铁过载诱导CD8+T细胞铁死亡与功能耗竭的全新免疫抑制机制，核心通路为：肿瘤坏死→TME铁过载→慢性TCR激活+肿瘤铁调素→SLC40A1下调→胞内铁蓄积→铁死亡→T细胞耗竭。 该发现解释了肿瘤患者全身缺铁而局部铁富集的矛盾现象，为临床补铁争议提供机制答案。SLC40A1作为关键调控节点，其过表达可直接赋予CAR-T抗铁死亡能力，突破实体瘤免疫抑制微环境瓶颈，为新一代工程化免疫细胞治疗提供靶点与策略。 未来可进一步探索铁螯合剂与免疫治疗的联合方案，优化SLC40A1过表达CAR-T的临床转化，为实体瘤治疗提供新方向。

五、结论

1.肿瘤微环境铁过载是CD8+T细胞铁死亡与功能耗竭的重要诱因。

2.慢性TCR信号与肿瘤铁调素双重抑制SLC40A1是核心分子机制。

3.恢复SLC40A1表达或铁螯合可逆转CD8+T细胞功能损伤。

4.SLC40A1过表达CAR-T可抵抗铁过载，显著提升实体瘤治疗效果。

乐备实（上海优宁维生物科技股份有限公司旗下全资子公司），是国内专注于提供高质量蛋白检测以及组学分析服务的实验服务专家，自2018年成立以来，乐备实不断寻求突破，公司的服务技术平台已扩展到单细胞测序、空间多组学、流式检测、超敏电化学发光、Luminex多因子检测、抗体芯片、PCR Array、ELISA、Elispot、PLA蛋白互作、多色免疫组化、DSP空间多组学等30多个，建立起了一套涵盖基因、蛋白、细胞以及组织水平实验的完整检测体系。

 
我们可提供从样本运输、储存管理、样本制备、样本检测到检测数据分析的全流程服务。凭借严格的实验室管理流程、标准化实验室操作、原始数据储存体系以及实验项目管理系统，已经为超过3000家客户单位提供服务，年检测样本超过100万，受到了广大客户的信任与支持。