La restrizione calorica potenzia l'immunità antitumorale attraverso il metabolismo dei corpi chetonici nei linfociti T CD8+

La restrizione dietetica (DR, Dietary Restriction) è nota da tempo per rallentare la crescita tumorale nei mammiferi, ma i meccanismi alla base di questo effetto protettivo sono rimasti a lungo poco definiti. Un recente studio pubblicato su Nature Metabolism ha dimostrato che la restrizione calorica non agisce solo direttamente sulle cellule tumorali, limitando la disponibilità di nutrienti e fattori di crescita, ma svolge un ruolo fondamentale nel potenziare l'immunità antitumoraleattraverso l'ottimizzazione della funzione dei linfociti T CD8+ nel microambiente tumorale.

La restrizione dietetica richiede i linfociti T per l'effetto antitumorale

I ricercatori hanno adottato un modello consolidato di restrizione dietetica nei topi, riducendo l'apporto calorico giornaliero del 50% per sette giorni prima dell'impianto di tumori singenici. Questa riduzione temporanea dell'intake alimentare ha portato a una perdita del 15-20% del peso corporeo, principalmente a carico della massa grassa, con minima riduzione della massa magra. Sorprendentemente, i tumori di melanoma (B16) e carcinoma mammario (E0771) sono cresciuti significativamente più lentamente nei topi sottoposti a restrizione dietetica, con un'estensione della sopravvivenza libera da malattia del 30-80%.

L'aspetto più interessante emerge dall'analisi dell'infiltrato immunitario nei tumori. I topi sottoposti a restrizione dietetica hanno mostrato un marcato aumento dei linfociti T CD8+ infiltranti il tumore (TIL), con una maggiore proporzione di cellule effettrici (PD1^basso^) rispetto ai controlli alimentati ad libitum. Quando i ricercatori hanno eliminato i linfociti T mediante deplazione con anticorpi anti-CD8 o utilizzando topi Rag2-deficienti (privi di linfociti T e B maturi), l'effetto protettivo della restrizione dietetica è completamente scomparso. Questo dimostra in modo inequivocabile che i linfociti T CD8+ sono essenziali per mediare gli effetti antitumorali della restrizione calorica.

Riprogrammazione metabolica dei linfociti T CD8+ nel microambiente tumorale

Attraverso analisi di sequenziamento a singola cellula (CITE-seq), i ricercatori hanno caratterizzato in dettaglio le popolazioni di linfociti T CD8+ infiltranti i tumori B16. La restrizione dietetica induce una profonda riprogrammazione del destino dei linfociti T CD8+ nel microambiente tumorale, favorendo l'espansione di sottopopolazioni effettrici con maggiore capacità metabolica e potenziale citotossico, limitando contemporaneamente l'accumulo di cellule T terminalmente esauste.

In particolare, la restrizione dietetica ha promosso l'espansione di due popolazioni chiave: cellule effettrici proliferanti (Prolif1, Prolif2) e cellule T esauste effettrici (Tex^Eff^), caratterizzate da elevata espressione di granzima B e proprietà effettrici mantenute nonostante l'espressione del fattore di trascrizione TOX e dei recettori inibitori. Al contrario, nei tumori di topi alimentati ad libitum prevalevano le cellule T terminalmente esauste (Tex^Term^), con ridotta capacità proliferativa e funzione effettrice compromessa.

L'analisi della velocità dell'RNA (RNA velocity) ha rivelato che la restrizione dietetica altera le traiettorie di differenziamento dei linfociti T CD8+. Nei topi di controllo, la direzione del differenziamento procedeva verso gli stati di esaurimento intermedio e poi terminale. Al contrario, sotto restrizione dietetica, la traiettoria culminava nella popolazione di cellule Tex^Eff^, spostando il rapporto tra cellule effettrici e terminalmente esauste da 1:1 (controlli) a 4:1 (restrizione dietetica).

Il metabolismo dei corpi chetonici alimenta la funzione dei linfociti T

Un elemento centrale di questa riprogrammazione è il metabolismo dei corpi chetonici, in particolare del β-idrossibutirrato (βOHB). La restrizione dietetica ha aumentato i livelli di βOHB sia nella circolazione sistemica che nei tessuti tumorali di circa quattro volte rispetto ai controlli. Questo corpo chetonico alimenta il metabolismo ossidativo dei linfociti T in condizioni di restrizione dietetica, aumentando il potenziale di membrana mitocondriale e le vie dipendenti dal ciclo dell'acido tricarbossilico (TCA) essenziali per la funzione effettrice dei linfociti T, inclusa la produzione di acetil-CoA.

Gli esperimenti di tracciamento con isotopi stabili hanno dimostrato che i linfociti T effettori condizionati dalla restrizione dietetica utilizzano preferenzialmente il βOHB per alimentare il ciclo TCA. Quando i linfociti T sono stati coltivati ex vivo in un mezzo fisiologico contenente glucosio marcato (^13^C₆-glucosio) e βOHB marcato (2,4-^13^C₂-βOHB), l'incorporazione di carbonio dal βOHB nel citrato è raddoppiata nei linfociti T dei topi sottoposti a restrizione dietetica rispetto ai controlli. Inoltre, questi linfociti T hanno mostrato un rapporto ridotto tra malato e citrato derivati dal βOHB, indicativo di un maggiore esporto di citrato mitocondriale nel citosol per la produzione di acetil-CoA.

Coerentemente, i livelli di acetil-CoA allo stato stazionario erano due volte superiori nei linfociti T effettori dei topi sottoposti a restrizione dietetica rispetto ai controlli. L'acetil-CoA è un metabolita critico per la funzione effettrice dei linfociti T CD8+, fungendo da substrato limitante per le reazioni di acetilazione degli istoni che regolano il differenziamento e la funzione effettrice. L'incapacità di produrre livelli sufficienti di acetil-CoA citoplasmatico è un precursore dell'esaurimento terminale dei linfociti T.

La stimolazione cronica promuove il metabolismo del βOHB

Per comprendere meglio come la restrizione dietetica influenzi il metabolismo dei linfociti T, i ricercatori hanno utilizzato un sistema di stimolazione cronica in vitro che replica alcune caratteristiche dell'esaurimento dei linfociti T. La stimolazione cronica con anticorpi anti-CD3 e anti-CD28 ha promosso diversi marker di esaurimento, tra cui l'aumento dell'espressione di TOX e dei recettori inibitori (PD1, TIM3), nonché una ridotta polifunzionalità citochinica rispetto ai linfociti T stimolati in modo acuto.

Sorprendentemente, i linfociti T cronicamente stimolati hanno mostrato un aumento dei metaboliti del ciclo TCA simile a quello osservato in vivo sotto restrizione dietetica. Utilizzando diversi traccianti metabolici marcati con ^13^C a concentrazioni fisiologiche, è emerso che il βOHB e la glutammina erano i maggiori contributori alla produzione di citrato in condizioni di stimolazione cronica, con il βOHB che contribuiva prevalentemente al primo giro del ciclo TCA (citrato M+2).

La stimolazione cronica ha promosso un aumento dell'assorbimento di βOHB da parte dei linfociti T CD8+ rispetto ai controlli, mentre l'assorbimento e l'ingresso del glucosio nella glicolisi rimanevano invariati. I linfociti T cronicamente stimolati hanno mostrato una maggiore ossidazione del βOHB nel ciclo TCA, come dimostrato dall'aumento dei livelli di citrato e malato derivati dal βOHB rispetto ai controlli.

I linfociti T deficienti per la chetolisi non rispondono alla restrizione dietetica

Per testare direttamente il ruolo della chetolisi nei linfociti T per gli effetti antitumorali della restrizione dietetica, i ricercatori hanno generato topi con delezione specifica nei linfociti T degli enzimi necessari per processare i corpi chetonici: la β-idrossibutirrato deidrogenasi 1 (BDH1) e la succinil-CoA:3-chetoacido CoA transferasi (SCOT, codificata da Oxct1). La BDH1 media la conversione del βOHB in acetoacetato, mentre la SCOT converte l'acetoacetato in acetoacetil-CoA, portando infine alla produzione di acetil-CoA che entra nel ciclo TCA.

I linfociti T doppio knockout (DKO) per BDH1 e SCOT hanno mostrato una completa abolizione dell'aumento della produzione di ATP ossidativo indotto dal βOHB. L'analisi bioenergetica mediante Seahorse ha rivelato che la perdita di BDH1 e SCOT ha invertito il potenziamento della fosforilazione ossidativa e della produzione di ATP indotto dalla restrizione dietetica. Anche l'aumento del potenziale di membrana mitocondriale indotto dalla restrizione dietetica era dipendente dalla chetolisi intrinseca ai linfociti T.

Nei topi di controllo, la restrizione dietetica ha rallentato significativamente la crescita dei tumori B16; tuttavia, questa protezione è stata completamente persa nei topi DKO. L'analisi dei linfociti T infiltranti i tumori ha mostrato che la restrizione dietetica normalmente riduce l'accumulo di cellule Tex^Term^ (PD1^alto^TOX^alto^), ma nei topi DKO questo cambiamento è stato abolito. I linfociti T CD8+ infiltranti i tumori dei topi DKO sotto restrizione dietetica hanno mantenuto livelli elevati di TOX e mostrato caratteristiche aumentate di esaurimento, dimostrando che la chetolisi intrinseca ai linfociti T è centrale per gli effetti antitumorali della restrizione dietetica.

Sinergia tra restrizione dietetica e immunoterapia anti-PD1

Uno degli aspetti più rilevanti per la pratica clinica è la dimostrazione che la restrizione dietetica potenzia l'efficacia dell'immunoterapia con inibitori dei checkpoint immunitari. Nei topi portatori di melanoma B16 (che mostra resistenza al blocco di PD1), il trattamento con anticorpi anti-PD1 ha promosso solo un modesto aumento della sopravvivenza libera da malattia in condizioni di alimentazione ad libitum. Tuttavia, la combinazione di restrizione dietetica e anti-PD1 ha notevolmente potenziato l'efficacia terapeutica, estendendo ulteriormente la sopravvivenza libera da malattia rispetto a entrambi gli interventi da soli, con circa il 15% degli animali rimasti liberi da tumore dopo 80 giorni.

La combinazione di restrizione dietetica e blocco di PD1 ha promosso un aumento delle cellule T effettrici (PD1^basso^TOX^basso^) e una diminuzione di circa tre volte della frequenza delle cellule Tex (TOX+PD1+) all'interno dei tumori rispetto alla sola restrizione dietetica. I linfociti T effettori PD1^basso^ dai topi trattati con anti-PD1 hanno mostrato una produzione elevata di granzima B su base per cellula. Al contrario, i linfociti T CD8+ esprimenti TOX dai topi sottoposti a restrizione dietetica erano più funzionali dopo il trattamento con anti-PD1, mostrando livelli ridotti di TOX e aumentata polifunzionalità citochinica (cellule IFNγ+TNF+) e produzione di granzima B.

Crucialmente, la sinergia tra trattamento anti-PD1 e restrizione dietetica è stata abolita quando i linfociti T erano incapaci di processare i corpi chetonici. Nei topi DKO sotto restrizione dietetica, il trattamento con anticorpi anti-PD1 non ha mostrato alcuna estensione della sopravvivenza libera da malattia rispetto ai controlli trattati con IgG, dimostrando che l'ossidazione dei corpi chetonici è essenziale per il potenziamento indotto dalla dieta delle risposte dei linfociti T CD8+ antitumorali innescate dal blocco dei checkpoint immunitari.

Implicazioni traslazionali: dai corpi chetonici alla clinica oncologica

Questi risultati rivelano un nuovo meccanismo attraverso cui interventi nutrizionali possono modulare l'immunità antitumorale e suggeriscono potenziali strategie terapeutiche. La restrizione dietetica aumenta la disponibilità sistemica e intratumorale di βOHB, che alimenta il metabolismo ossidativo e la produzione di acetil-CoA nei linfociti T CD8+, promuovendo il loro differenziamento verso stati effettori piuttosto che verso l'esaurimento terminale.

L'applicazione clinica della restrizione dietetica presenta sfide pratiche legate alla compliance e alla salute dei pazienti. Tuttavia, interventi farmacologici che mimano alcuni effetti metabolici della restrizione dietetica potrebbero offrire alternative più fattibili. Ad esempio, agonisti del GLP-1 come la semaglutide (Ozempic) riducono l'appetito e l'intake alimentare, potenzialmente replicando alcuni effetti metabolici della restrizione dietetica senza richiedere regimi dietetici rigorosi.

Inoltre, l'esposizione dei linfociti T a un ambiente simile alla restrizione dietetica durante l'espansione ex vivo o il potenziamento della loro capacità di ossidare i corpi chetonici potrebbe migliorare la fitness metabolica e la resistenza all'esaurimento terminale in vivo, aumentando l'efficacia terapeutica nelle terapie cellulari adottive come i linfociti T con recettore chimerico per l'antigene (CAR-T).

L'identificazione della firma di chetolisi nelle cellule Tex^Eff^ umane infiltranti i tumori, caratterizzata dall'elevata espressione di BDH1 e OXCT1, suggerisce che questo meccanismo sia conservato nell'uomo. Comprendere come gli interventi dietetici influenzino il metabolismo e il destino dei linfociti T nel microambiente tumorale può informare linee guida nutrizionali basate sull'evidenza che complementano o potenziano le attuali strategie di immunoterapia oncologica.

Link all'articolo: https://www.nature.com/articles/s42255-025-01415-6