作者將5周齡的C57BL/6J小鼠隨機(jī)分為正常飲食組（CD, control diet）與高脂飲食組（HFD），8-10周后HFD組的小鼠體重增長(zhǎng)更多，且顯示了肥胖相關(guān)的代謝變化（圖1A）。之后，注射MC38 結(jié)直腸腺癌細(xì)胞，MC38腫瘤在HFD小鼠中生長(zhǎng)更為迅速（圖1B）。此外，作者還用另外三種不同免疫原性水平的腫瘤模型進(jìn)行比較，高免疫原性的E0771乳腺腫瘤在HFD動(dòng)物中生長(zhǎng)更快（圖1C）；中等免疫原性的B16黑色素瘤在HFD組中的的生長(zhǎng)速度稍增加（圖1D），而低免疫原性的Lewis肺癌的增長(zhǎng)速度并不隨飲食改變（圖1E）。

為探究CD組中腫瘤生長(zhǎng)速率的降低是否由T細(xì)胞導(dǎo)致，作者在TCRα敲除（TCRα-KO）小鼠中種植MC38腫瘤。TCRα-KO小鼠與野生型小鼠在高脂飲食后體重增長(zhǎng)相似，但在TCRα-KO小鼠中CD組與HFD組的MC38腫瘤的增長(zhǎng)速度并無區(qū)別（圖1F）。

同樣對(duì)于CD8+T細(xì)胞清除的小鼠而言，不同的飲食分組對(duì)腫瘤生長(zhǎng)速率無影響（圖1G）。

作者對(duì)CD與HFD組腫瘤中的細(xì)胞進(jìn)行無偏倚聚類分析，識(shí)別出了16個(gè)不同的細(xì)胞群（圖3B）。HFD組中的淋巴細(xì)胞顯著減少，但免疫抑制性髓樣細(xì)胞的相對(duì)比例無明顯變化（圖3C）。來自CD組腫瘤的白細(xì)胞富集糖代謝及氧化還原途徑，而HFD組則富集脂肪膽固醇代謝、葉酸合成、戊糖與葡糖醛酸轉(zhuǎn)換相關(guān)途徑（圖3D）。作者計(jì)算了兩組不同細(xì)胞集的KEGG代謝特征得分（圖3E-3G），亞群6（單核細(xì)胞）, 亞群8（T細(xì)胞）, 亞群10（M2 TAMs）對(duì)HFD尤為敏感。

之后作者分析了參與代謝調(diào)節(jié)和免疫活性的KEGG信號(hào)特征，HFD組T細(xì)胞亞群中趨化因子信號(hào)和T細(xì)胞受體信號(hào)都顯著減少（圖3H、3I）。作者又將T細(xì)胞分類進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CD組中 CD8+T細(xì)胞中代謝途徑更為富集，這些與T細(xì)胞活化相關(guān)（圖3K）。

當(dāng)作者對(duì)Tim3細(xì)胞毒性CD8+ T細(xì)胞進(jìn)行差異表達(dá)分析時(shí)，正常飲食組富含CD8+ T細(xì)胞的前五個(gè)基因參與T細(xì)胞效應(yīng)器功能，包括Gzmb、Tnfrsf9、Ifng、Ccl3和Ccl4（圖3L）。總的來說，與未受刺激的T細(xì)胞相關(guān)特征往往富集在HFD組，而與受刺激的T細(xì)胞相關(guān)特征則富含在CD組（圖3M）。為了確定T細(xì)胞刺激信號(hào)得分較高的細(xì)胞是否在特定代謝信號(hào)得分較高，作者計(jì)算了T細(xì)胞刺激信號(hào)與CD組和HFD組內(nèi) CD8+ T細(xì)胞的一組核心KEGG代謝途徑之間的相關(guān)性。事實(shí)上，代謝途徑與HFD 組內(nèi)TME中的T細(xì)胞活化更顯著相關(guān)（圖3N）。總之，單細(xì)胞譜分析顯示TME中的免疫細(xì)胞在HFD組中經(jīng)歷獨(dú)特的代謝適應(yīng)，并且差異在T細(xì)胞中是獨(dú)特的，T細(xì)胞顯示主要中心碳代謝途徑的表達(dá)改變。 

CD8+T細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞需要直接的細(xì)胞間接觸以及足夠的代謝資源。因此作者試圖探究肥胖是否會(huì)影響TILs在TME中的位置，以及T細(xì)胞在腫瘤中的位置是否與腫瘤內(nèi)代謝生態(tài)位變化相關(guān)。作者根據(jù)標(biāo)記物表達(dá)模式和代謝特征來判定細(xì)胞簇（圖4A-B），使用循環(huán)免疫熒光技術(shù)（CyCIF）繪制TME中細(xì)胞位置和狀態(tài)，共識(shí)別出9個(gè)不同的細(xì)胞型（圖4C）。發(fā)現(xiàn)HFD組腫瘤中CD8 +T細(xì)胞更少且T細(xì)胞并不集中于腫瘤邊緣（圖4SC）。

作者發(fā)現(xiàn)兩組糖酵解標(biāo)志物(GLUT1, PKM2, LDH)分布不同（圖4D）。為確定這種代謝狀態(tài)的差異是否與免疫細(xì)胞的空間分布相關(guān)，作者測(cè)量了免疫細(xì)胞群與GLUT1或ACO2高表達(dá)的腫瘤區(qū)域之間的重疊，將位于腫瘤內(nèi)高GLUT1或高ACO2區(qū)域的CD8+T細(xì)胞的比例(圖4E和4F)與涉及相同數(shù)量CD8+T細(xì)胞的模擬零分布進(jìn)行了比較(圖4G)，發(fā)現(xiàn)CD4+和CD8+T細(xì)胞在高GLUT1區(qū)域?qū)嶋H分布較模擬分布顯著減少（圖S4F、S4G）。作者還發(fā)現(xiàn)HFD組較CD組，CD8+與CD4+T細(xì)胞和GLUT1重疊減少(圖4H和4I)，尤其是CD8+T細(xì)胞。因此認(rèn)為HFD影響了腫瘤中T細(xì)胞的浸潤(rùn)模式。 

在增殖、生存、產(chǎn)生效應(yīng)功能方面，CD8+T細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞依賴于許多同樣的代謝途徑。作者對(duì)GFP+ MC38 腫瘤細(xì)胞、CD8+ TILs、引流淋巴結(jié)（dLN）中的CD8+ T進(jìn)行bulk RNA-seq。主成分分析顯示了來自于腫瘤和dLN的T細(xì)胞，以及CD組和HFD組TILs的不同（圖5A），提示肥胖所致CD8+T細(xì)胞改變?yōu)門ME特有。為理解CD8+T細(xì)胞的TME特異適應(yīng)性反應(yīng)，作者研究了CD8+ TILs轉(zhuǎn)錄水平的變化，四個(gè)基因在HFD組的表達(dá)顯著不同，其中三個(gè)為脂肪合成或膽固醇代謝相關(guān)ELOVL6、DGAT1、LDLRAP1（圖5B）。CD8+TILs轉(zhuǎn)錄水平變化與腫瘤細(xì)胞不重疊(圖5C-5F)，提示二者對(duì)HFD有不同的代謝適應(yīng)。作者發(fā)現(xiàn)HFD腫瘤細(xì)胞在基因表達(dá)上向促進(jìn)脂肪酸氧化（FAO）改變（圖5G），而CD+ TILs并非如此（圖5H）。此外，HFD組MC38腫瘤細(xì)胞的糖酵解基因轉(zhuǎn)錄水平比CD8+TILs下降更多(圖5I和5J)。因此，腫瘤細(xì)胞和CD8+TILs對(duì)HFD的代謝適應(yīng)，包括脂肪代謝的變化，都有所不同。

作者發(fā)現(xiàn)兩個(gè)飲食組中的CD8+TILs和MC38腫瘤細(xì)胞在中性脂水平相似（圖5K、5L）。

來自HFD小鼠腫瘤細(xì)胞比CD組的攝取更多的脂肪酸（圖5M）。作者推斷腫瘤內(nèi)脂肪利用的變化會(huì)影響該微環(huán)境下CD8+T細(xì)胞的脂肪攝取。進(jìn)一步的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的飲食沒有改變dLN中CD8+T細(xì)胞的基線棕櫚酸酯攝入（圖5N、5O），但HFD組中的, CD44+ CD8+ TILs比CD組攝取的棕櫚酸酯更少（圖5N、5P）。B16-OVA-RFP及E0771腫瘤中也有類似的發(fā)現(xiàn)（圖5Q-5S）。因此，腫瘤細(xì)胞適應(yīng)并增加脂肪酸利用，而CD8+T細(xì)胞沒有增加利用。腫瘤細(xì)胞脂肪酸攝取增強(qiáng)可能導(dǎo)致在TME中的T細(xì)胞缺少脂肪酸。對(duì)于在體外缺少脂肪酸的培養(yǎng)基中被激活的初始CD8+T細(xì)胞，在有脂肪酸補(bǔ)充時(shí)能更好地增殖（圖5T-U）。相反，補(bǔ)充游離脂肪酸并不影響MC38腫瘤細(xì)胞的增殖（圖S5J）。綜上，TME中不同細(xì)胞群對(duì)肥胖有不同的反應(yīng)，導(dǎo)致免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞對(duì)脂肪酸利用的不同。 

作者發(fā)現(xiàn)，脂肪酸代謝和氧化磷酸化是HFD腫瘤細(xì)胞中最富集的代謝途徑；此外，相對(duì)于CD，HFD中的IFNγ反應(yīng)降低，這可以通過CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)的減少來解釋（圖6B）。HFD通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)體（SLC27A1）、脂肪酸結(jié)合蛋白（FABP5）和參與線粒體氧化的蛋白質(zhì)（CPT1A、ACSM3、ACADVL、ETFB、ECHS1）（圖6C、6D和6F）來支持腫瘤中的脂肪利用。HFD組中催化不可逆和（或）限速步驟的糖酵解酶被下調(diào)（圖6C-6F）

作者比較了血漿、GFP+ MC38腫瘤細(xì)胞、腫瘤間質(zhì)液（TIF）中的脂質(zhì)構(gòu)成。HFD對(duì)血漿和TIF中脂質(zhì)的影響更大（圖S6F-S6H），HFD組和CD組所有脂質(zhì)的TIF/血漿比成正相關(guān)，甘油三酯（TAG）和甘油二酯（DAG）在對(duì)角線外，在去除了這兩類脂后HFD組和CD組相關(guān)性更好，提示DAG和TAG是HFD組TME中脂質(zhì)主要的不同（圖S6I-S6N）。TAG和DAG中的前四名（按峰值計(jì)）在HFD的TIF中顯著富集，但在血漿中沒有富集（圖6G-6J）。 

作者發(fā)現(xiàn)HFD重新編程TME以增強(qiáng)腫瘤中的脂肪攝取，因此假設(shè)這些HFD誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞脂肪代謝的變化可能會(huì)影響TME中的游離脂肪酸（free fatty acids，F(xiàn)FAs）可用性和CD8+T細(xì)胞的功能，并進(jìn)一步假設(shè)阻止HFD誘導(dǎo)的代謝改變可能會(huì)恢復(fù)CD8+T細(xì)胞的反應(yīng)并抑制HFD組腫瘤生長(zhǎng)的增加。

HFD增加了許多FFAs在循環(huán)中的水平，包括棕櫚酸和油酸（C16：0和C18：1）（圖7B、7C）。而與CD組相比，HFD組TIF的局部FFA水平降低（圖7D）。PHD3過表達(dá)對(duì)CD組TIF的FFA水平無顯著影響（圖7E），但HFD組中一些FFA有所增加（圖7F）。腫瘤細(xì)胞PHD3過表達(dá)足以恢復(fù)TME中棕櫚酸鹽的可用性（圖7G）。

因此，恢復(fù)腫瘤細(xì)胞中PHD3表達(dá)能改變TME中的營(yíng)養(yǎng)可用性。

腫瘤細(xì)胞PHD3過表達(dá)顯著增加HFD組CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)（圖7J），HFD組中PHD3過表達(dá)（PHD3-OE）較之對(duì)照（EV）顯著減緩腫瘤的生長(zhǎng)（圖7K）。在TCRa-KO小鼠和CD8+T細(xì)胞清除的小鼠中PHD3過表達(dá)并不減緩腫瘤生長(zhǎng)（圖7L、7M）。這些數(shù)據(jù)表明，在MC38腫瘤細(xì)胞中保持PHD3高表達(dá)可以改善HFD小鼠的抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)，并減輕HFD對(duì)抗腫瘤免疫的影響。

作者分析了TCGA（The Cancer Genome Atlas）中結(jié)腸腺癌(COAD)RNA-seq數(shù)據(jù)集和相應(yīng)的BMI數(shù)據(jù)，在BMI≥30kg/m2的肥胖患者中，PHD3的表達(dá)明顯較低（圖7N），COAD患者的癌組織中PHD3表達(dá)較正常組織減少（圖7O）。此外，嚴(yán)重肥胖（BMI≥35kg/m2）患者腫瘤中CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)減少（圖7P）。以PHD3表達(dá)為10%或20%作為切割點(diǎn)，將患者樣本分為高PHD3或低PHD3組。然后，根據(jù)CD8+基因特征得分，將患者樣本分為免疫學(xué)上的“熱”、“中間”或“冷”類別（圖7Q）。在COAD冷腫瘤中PHD3表達(dá)更低（圖S7N），在其他類型的腫瘤中，低PHD3樣本也更多出現(xiàn)于冷腫瘤中（圖S7O）。

這些數(shù)據(jù)表明，PHD3的下調(diào)發(fā)生在人類癌癥中，并與免疫力的降低有關(guān)。