Nature | 鞘脂合成：KRAS驱动型癌症免疫逃逸的关键推手（微信文章未删减版）

撰文 | 春晓

脂质，作为一类复杂的生物分子，在维护细胞膜稳态、调控信号传导以及能量产生过程中扮演着不可或缺的角色。与脂质代谢密切相关的基因在肿瘤组织中常常呈现上调趋势。在快速增殖的癌细胞内，持续的脂质供应是维系它们生长环境的关键要素。

肿瘤中的脂质代谢深受肿瘤微环境（TME）及机体整体代谢状态的影响。例如，缺氧条件下肿瘤细胞会加速清除脂质，TME中的饱和脂质可以保护癌细胞免受氧化损伤，高脂喂养会加速小鼠的肿瘤发生、转移和免疫逃逸等。

尽管脂质代谢在膜功能维持、信号转导和能量供给中的核心地位已得到广泛认可，但关于特定脂质如何促进肿瘤发生的机制仍尚未完全阐明。过量的脂质积累常与肿瘤进展相伴，且在某些情境下，脂质的致瘤作用是通过TME中的免疫细胞所介导的。然而，究竟何种脂质分子是肿瘤发生与免疫逃逸的关键推手，目前仍是一个亟待探索的科学问题。

近日，来自美国洛克菲勒大学的Kıvanç Birsoy研究小组在Nature杂志上发表题为Glycosphingolipid synthesis mediates immune evasion in KRAS-driven cancer的研究论文，这篇文章运用功能基因组学与脂类组学等方法，揭示了鞘脂合成在癌症免疫逃逸中的关键角色。研究发现，通过阻断癌细胞中的鞘脂生成途径，特别是经由干扰素-γ（IFNγ）信号通路的调控，能够有效强化自然杀伤细胞及CD8+T细胞的抗肿瘤增殖效能。机制解析表明，鞘糖脂的减少显著提升了IFNγ受体亚基1（IFNGR1）的水平，介导IFNγ诱导的生长抑制及促炎信号传递。鞘糖脂合成的药理学抑制与当前检查点阻断疗法协同作用，促进了更为强劲的抗肿瘤免疫反应。这项工作明确了鞘糖脂是癌症免疫逃逸过程中不可忽视的关键脂质。

为了鉴定参与癌症免疫逃逸脂质通路，作者采用Kras突变小鼠胰腺导管腺癌（PDAC）细胞系HY15549，用靶向含296个脂质代谢基因的sgRNA文库进行转导，将细胞移植到C57BL/6J免疫活性小鼠、骨髓清除对照及NSG免疫缺陷小鼠中。KEGG分析显示膜脂质，包括鞘脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺在内的膜脂质的合成是免疫逃逸关键。

脂质组学发现免疫健全小鼠肿瘤中鞘脂富集，但在免疫缺陷的小鼠肿瘤中就没有。鉴于鞘氨醇在肿瘤中的上调，作者决定聚焦于鞘氨醇，探索其在肿瘤免疫逃逸中的作用机制。鞘脂为细胞膜成分，它的从头合成限速酶是SPT，生成3-酮鞘氨醇后转化为神经酰胺，再形成鞘磷脂等复杂膜鞘脂。免疫健全小鼠中，编码神经酰胺合成及鞘糖脂前体酶的基因对肿瘤生长非常关键，而鞘氨醇相关基因未显著影响，提示鞘糖脂产生可能与免疫逃逸密切相关。

为什么癌细胞需要从头合成鞘脂以实现免疫逃逸？作者构建了Sptlc1/2-KO细胞细胞，Sptlc1缺失抑制肿瘤生长，增强SPT功能会促进免疫正常小鼠的肿瘤生长，但不影响免疫低下小鼠。由此看来，抑制肿瘤内新生鞘脂合成可增强抗肿瘤免疫。

接下来作者研究了抑制癌细胞鞘脂合成对TME免疫细胞的影响，发现Sptlc1-KO肿瘤中的髓样细胞比例发生了变化，但浸润淋巴细胞的比例没有发生显著变化。Sptlc1-KO肿瘤中NK和CD8+ T细胞活化，细胞毒性相关基因如IFNγ上调，表明鞘脂的缺失改变了TME中毒性淋巴细胞功能。从头鞘氨醇脂的合成保护癌细胞免受NK和CD8+T细胞的免疫监视。

鞘脂介导NK和CD8+T细胞免疫逃逸的机制是什么？受到刺激后，NK与T细胞会分泌促炎细胞因子，通过表达FasL/TRAIL或IFNγ激活靶细胞凋亡和炎症，以及抗增殖信号级联反应。Sptlc1-KO胰腺癌细胞在免疫监视下，上调参与干扰素信号传导和反应途径的基因的表达。IFNγ主要由活化的NK和T细胞产生，鞘脂缺失增强IFNγ诱导的JAK1/STAT1磷酸化，使癌细胞对IFNγ介导的生长抑制敏感。CRISPR敲除Ifngr1/Jak1挽救了Sptlc1-KO细胞中IFNγ的抗增殖作用。IFNγ缺陷型小鼠中，Sptlc1-KO的抗肿瘤作用减弱，表明鞘脂保护癌细胞免受IFNγ信号影响。

膜脂质成分的变化可能会影响膜蛋白的功能，作者对全细胞和质膜蛋白进行了平行蛋白质组学分析，发现鞘脂合成缺失导致膜蛋白IFNGR1表达上调，与IFNγ敏感性增加相关。进一步CRISPR筛选揭示UGCG（UDP-葡萄糖神经酰胺葡萄糖基转移酶）影响IFNGR1水平，它催化神经酰胺转化为鞘糖脂的第一步，表明鞘糖脂与IFNGR1的膜表达之间存在联系。

Eligustat是一种小分子UGCG抑制剂，也是一种耐受性良好的临床药物，用于减少脂质积累，Eligustat联合检查点阻断疗法治疗KRAS驱动的肿瘤，有显著的协同抑瘤效果。单独使用Eligustat治疗没有显著效果，这可能是由于靶向不完全或是TME中有其他免疫细胞的影响。TCGA-PanCanAtlas数据集也显示，UGCG的高表达与胰腺导管腺癌的病情严重程度之间存在显著关联。

综上所述，这项工作揭示了鞘糖脂在KRAS驱动的癌细胞免疫逃逸过程中扮演着至关重要的内源性制约角色。鞘糖脂通过调控IFNGR1的表达促进了癌细胞的免疫逃逸能力。此外，本研究还通过联合药理学干预来调控细胞膜鞘脂，可能是一条增强免疫治疗疗效的创新策略。

展望未来，膜鞘糖脂的增加是否可预测癌症进展及患者对免疫治疗响应性？是否仅限于KRAS突变的肿瘤类型？还是具有更广泛的普适性从而能够惠及更多种类的癌症患者？这些问题都值得进一步研究。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07787-1

制版人：十一

BioART战略合作伙伴

（*排名不分先后）