Nature：鞘糖脂合成在KRAS驱动的癌症中介导免疫逃避

• 鞘脂从头合成可以保护癌细胞免受NK和CD8⁺ T细胞的免疫监视

• 鞘脂从头合成的缺失显著增加了体内IFNGR1的表达

• 鞘糖脂部分保护癌细胞免受IFNγ介导的肿瘤控制

  研究背景：

脂质对膜的稳态、信号传导和能量的产生至关重要。快速增殖的癌细胞需要源源不断的脂质来支持细胞生长和适应环境。参与脂质合成和摄取的基因是致癌改变的下游效应因子，通常在肿瘤中表达上调。脂质代谢的变化还受到肿瘤微环境（TME）和机体新陈代谢的影响。虽然过量的脂质通常与肿瘤进展有关，但哪些脂质有助于肿瘤发生和免疫逃避尚不清楚。

为了确定癌症免疫逃避中涉及的脂质通路，研究人员使用HY15549（Kras突变的小鼠胰腺导管腺癌（PDAC）细胞系）转导了含有296个基因的单导RNA（sgRNA）文库，这些基因涉及脂质代谢通路，包括脂肪酸合成和氧化、脂质清除以及胆固醇和磷脂合成和挽救。这些细胞被移植到C57BL/6J免疫功能正常小鼠、清髓对照组和NOD-SCID gamma (NSG) 小鼠（缺乏成熟的T、B和自然杀伤细胞）中。组间表达差异基因的KEGG通路分析结果表明，包括鞘脂、磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺在内的膜脂的合成是免疫逃避所必需的。脂质组学分析显示，在免疫活性小鼠中生长的肿瘤中鞘脂显著富集，但在免疫缺陷小鼠中生长的肿瘤中没有富集。

研究人员为了阐明为什么癌细胞需要鞘脂从头合成来进行免疫逃逸，首先生成了Sptlc1-KO或Sptlc2-KO HY15549细胞，及其表达sgRNA抗性Sptlc1或Sptlc2 cDNA基因对抗性细胞，结果证实敲除细胞中的神经酰胺和鞘脂衍生脂质显著减少。研究人员之后在小鼠体内进行了验证，Sptlc1缺失影响了Rag1⁻小鼠的肿瘤生长（Rag1⁻小鼠具有功能性的NK细胞，但缺乏成熟的T和B细胞），这表明适应性和先天免疫系统都有助于对Sptlc1-KO或Sptlc2-KO肿瘤的监测。研究人员进一步研究了鞘脂从头合成在其他癌症类型的免疫逃逸是也是必要的，并在小鼠肝肿瘤中进行了验证。这些数据表明，抑制癌细胞区的鞘脂从头合成可促进体内的抗肿瘤免疫。

鞘脂合成在癌症免疫逃避中的重要作用

研究人员探讨了抑制癌细胞中的鞘脂合成如何影响TME中的免疫细胞组成，对C57BL/6J小鼠生长的Sptlc1-KO和Sptlc1-addback（AB）肿瘤中分离的CD45⁺免疫细胞进行了scRNA-seq，发现Sptlc1-KO肿瘤中骨髓细胞的比例发生了改变，但浸润淋巴细胞的比例没有重大变化，但来自Sptlc1-KO肿瘤的NK和CD8⁺T细胞表现出与增强激活和细胞毒性状态相关的基因上调，如干扰素-γ（IFNγ），并使用流式细胞术分析得到证实。这些结果表明，癌细胞中鞘脂的减少改变了TME中细胞毒性淋巴细胞的功能状态。随后研究人员将Sptlc1-KO和Sptlc1-AB细胞分别与从C57BL/6J或OT-1小鼠中分离出来的NK或CD8⁺ T细胞共培养。与Sptlc1-AB对照组相比，Sptlc1-KO细胞对NK细胞的抗增殖作用更为敏感，而补充3-酮鞘氨醇或鞘氨醇足以挽救这种作用，CD8⁺ T细胞以抗原特异性的方式更有效地抑制了Sptlc1-KO癌细胞的生长。并且在C57BL/6J小鼠中，抗体介导的NK或CD8⁺ T细胞的消耗显著促进了Sptlc1-KO肿瘤的生长。这些结果表明，鞘脂从头合成可以保护癌细胞免受NK和CD8⁺ T细胞的免疫监视。

接下来，研究人员研究了癌症中鞘脂介导NK和CD8⁺T细胞免疫逃避的机制，比较了体外培养或从C57BL/6J或NSG小鼠肿瘤中分离的Sptlc1-KO和Sptlc1-AB胰腺癌细胞的转录组。基因集合富集分析显示，在存在免疫监测的情况下，Sptlc1-KO细胞上调了干扰素信号通路和应答通路相关基因的表达。与干扰素信号转录激活增强一致，鞘脂合成的缺失增加了胰腺癌细胞暴露于IFNγ或NK细胞后JAK1和STAT1的磷酸化和表达。在IFNγ缺陷的小鼠中，Sptlc1缺失的抗肿瘤作用被部分消除，这表明鞘脂可以保护癌细胞免受宿主IFNγ信号传递的影响。

鞘脂合成的缺失增加癌细胞对IFNγ的敏感性

为了确定鞘脂合成缺失是否会影响特定膜蛋白的功能或表达。研究人员对从Sptlc1-KO和Sptlc1-AB胰腺癌细胞中分离出的全细胞和质膜蛋白进行了蛋白质组学分析。结果与先前的研究结果一致，表明IFNGR在激活时会被分配到膜脂纳米结构域中，而这种再分布的受损阻碍了IFNGR的内化。随后研究人员测试了鞘脂合成的缺失是否可以通过破坏IFNGR1的细胞表面表达而使细胞对IFNγ敏感。在鞘脂缺失的细胞中，IFNGR1的表达量更高。C57BL/6J小鼠中的Sptlc1-KO和Sptlc1-AB的肿瘤组织样本分析结果显示，鞘脂合成的缺失显著增加了体内IFNGR1的表达。

为了确定哪些神经酰胺衍生的脂质种类影响质膜中IFNGR1水平，研究人员在HY15549和KP LUAD细胞中使用鞘脂代谢聚焦的CRISPR文库进行了筛选。其中得分最高的基因是UDP-葡萄糖神经酰胺糖基转移酶（Ugcg），它是催化神经酰胺转化为鞘糖脂的第一步，而参与鞘磷脂、神经酰胺-1-磷酸或鞘氨醇-1-磷酸合成的基因没有得分，这表明鞘糖脂合成在介导IFNGR1细胞表面表达中起作用。在IFNγ缺陷小鼠中，UGCG缺失的抗肿瘤作用被部分消除，这表明鞘糖脂部分保护癌细胞免受IFNγ介导的肿瘤控制。

鞘糖脂合成影响细胞表面IFNGR1的表达

研究人员进一步探究靶向鞘糖脂合成是否可以增强肿瘤对免疫治疗的反应。在培养细胞中使用UGCG的小分子抑制剂依鲁司他抑制UGCG，结果增加了HY15549和KP LUAD细胞对IFNγ诱导的生长阻滞的敏感性。为了测试鞘糖脂的药理学消耗是否会使KRAS驱动的肿瘤对免疫治疗敏感，研究人员使用依鲁司他和检查点封锁（CBT）联合治疗HY15549或KP LUAD肿瘤携带免疫活性小鼠，结果表明鞘糖脂合成的药理抑制与检查点封锁治疗协同作用，可以增强抗肿瘤免疫反应。并且对TCGA-PanCanAtlas数据集分析结果显示，UGCG的高表达与PDAC患者的疾病严重程度之间存在显著相关性。

综上所述，该研究揭示了鞘糖脂的合成是KRAS驱动的癌细胞免疫逃避的关键内源性限制，并阐明了相关机制为鞘糖脂的消耗增加了IFNGR1的细胞表面水平，从而介导IFNγ诱导的生长阻滞和促炎症信号转导。