Cell Metabolism：糖鞘脂：连接葡萄糖代谢与抗癌免疫的关键，让CD8⁺ T细胞杀瘤更高效

葡萄糖依赖性糖鞘脂合成为CD8⁺ T细胞功能与肿瘤控制供能

2025年8月，美国范安德尔研究所等单位的研究人员在《Cell Metabolism》（IF: 30.9）上发表了题为“Glucose-dependent glycosphingolipid biosynthesis fuels CD8⁺ T cell function and tumor control”的研究论文，揭示了在CD8⁺效应T细胞中，葡萄糖代谢不仅限于产生能量，还驱动糖鞘脂（GSL）的合成；而GSL合成通路对于T细胞扩增及细胞毒性功能的发挥至关重要。

亮点概述：

GSL合成是CD8⁺效应T细胞中葡萄糖的主要代谢途径。
葡萄糖来源的GSL可促进T细胞扩增及细胞毒性功能。
GSL维持脂筏完整性，并保障T细胞受体（TCR）信号的正常传导。
阻断GSL合成会削弱CD8⁺ T细胞介导的肿瘤控制能力。

研究背景：

T细胞在宿主抵御感染和癌症的防御过程中发挥关键作用。功能性效应T细胞（Teff 细胞）的形成依赖于代谢重编程，以满足T细胞更高的代谢需求，其中关键步骤之一，是葡萄糖转运体表达上调，进而增加葡萄糖摄取。若限制葡萄糖供应或抑制糖酵解通路，会对T细胞造成损害。

体外激活的T细胞主要通过有氧糖酵解代谢葡萄糖，导致乳酸生成增加，这一过程被称为瓦伯格效应（Warburg effect）。与体外激活的CD8⁺ T细胞相比，体内激活的CD8⁺ T细胞产生的乳酸更少，且氧化磷酸化速率更高。但在生理条件下，CD8⁺ T细胞更倾向于氧化非葡萄糖碳源，因此葡萄糖对三羧酸循环的贡献会降低。相反，葡萄糖会优先用于为与细胞生长和增殖相关的生物合成通路供能，同时仍通过糖酵解依赖的三磷酸腺苷（ATP）和还原型辅酶Ⅰ（NADH）生成，为细胞能量代谢提供支持。但在生理条件下，对Teff 细胞功能至关重要的葡萄糖代谢去向仍未明确。

研究人员首先采用¹³C稳定同位素示踪技术明确体内CD8⁺ Teff细胞中葡萄糖的代谢去向。发现在CD8⁺ CD44低表达的初始T细胞（Tn细胞）中，¹³C标记葡萄糖来源的碳在糖酵解通路产物（乳酸）、三羧酸循环产物（柠檬酸、苹果酸、天冬氨酸）以及尿苷二磷酸己糖（UDP-Hex）富集程度最高。相较于Tn细胞，活化的Teff细胞中，来自糖酵解早期中间产物的代谢物（即核苷酸和核苷酸糖）中含有更多¹³C标记葡萄糖衍生碳。为解析葡萄糖整合到核苷酸糖中相较于其他糖酵解衍生代谢物的动力学过程，研究人员利用表达卵清蛋白的减毒单核细胞增生李斯特菌（Lm-OVA）感染激活的抗原特异性（Thy1.1⁺）CD8⁺ OT-I Teff细胞，并采用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）对其进行了分析。发现与体内标记的CD8⁺ Teff细胞类似，尿苷三磷酸（UTP）、丝氨酸和尿苷二磷酸-N-乙酰葡糖胺（UDP-GlcNAc）均出现¹³C富集，但富集动力学存在差异。值得注意的是，在Lm-OVA激活型CD8⁺ Teff细胞中，¹³C标记最快的核苷酸糖是尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-Glc）。然而CD8⁺ Teff细胞中UDP-Glc的快速合成并非仅针对Lm-OVA感染，在体外经抗CD3/CD28抗体激活的小鼠和人类CD8⁺ T细胞同样会利用¹³C标记葡萄糖合成UDP-Glc。这些数据证实UDP-Glc合成是CD8⁺ Teff细胞中葡萄糖代谢的主要去向；且UDP-Glc的快速合成通过整合多条葡萄糖衍生代谢通路的碳源实现协同调控。UDP-Glc的生物合成由尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶2（UGP2）催化，研究人员随后在小鼠及细胞实验中证实UGP2通过调控T细胞中UDP-Glc的生物合成，维持T细胞稳态，并为CD8⁺ Teff细胞的感染应答供能。

UDP-Glc的生物合成是生理激活状态下CD8⁺ T细胞中葡萄糖的主要代谢去向

为了明确UDP-Glc生物合成下游对体内CD8⁺ Teff细胞应答所必需的代谢通路，研究人员对活化的对照CD8⁺ T细胞与UGP2缺失（Ugp2敲除）的CD8⁺ T细胞进行代谢组学分析。发现UGP2缺失细胞中尿苷二磷酸半乳糖（UDP-Gal）显著减少；而糖胺聚糖合成的前体物质尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDP-GlcA），在对照细胞与UGP2缺失细胞中的水平无显著差异。为探究CD8⁺ T细胞中UGP2缺失是否影响蛋白质N-糖基化，研究人员利用识别不同N-聚糖结构的凝集素对细胞进行检测。发现UGP2缺失的细胞仍保留合成并表达含甘露糖N-聚糖结构的能力，但会损害N-聚糖的延伸过程，改变CD8⁺ T细胞表面糖被的组成结构。除参与N-糖基化过程外，UDP-Glc和UDP-Gal也是GSL合成的底物。为明确UGP2缺失对GSL合成的影响，研究人员对对照CD8⁺ T细胞与UGP2缺失的CD8⁺ T细胞进行了脂质组学分析。发现在CD8⁺ T细胞中，UGP2可调控多种依赖UDP-Glc/UDP-Gal的代谢过程，且不会对其他葡萄糖依赖性生物合成通路或能量代谢通路产生干扰。

体外激活的CD8⁺ T细胞中，UDP-Glc为糖原合成及UDP-Gal依赖性代谢过程供能

为了明确依赖UDP-Glc/UDP-Gal的代谢通路如何随T细胞活化发生改变，研究人员对从Lm-OVA感染小鼠体内分离的CD8⁺ Tn细胞和Teff细胞进行了蛋白质组学数据分析。结果表明，CD8⁺ Teff细胞在体内可能需要葡萄糖衍生的UDP-Glc，以支持GSL合成的增强。为验证体内CD8⁺ Teff细胞中葡萄糖的主要代谢去向是否参与GSL合成，研究人员在Lm-OVA感染小鼠体内进行了¹³C-葡萄糖输注实验，对纯化的Tn细胞和Teff细胞进行脂质组学分析。在¹³C-葡萄糖输注仅2小时后，Teff细胞就在体内利用葡萄糖为从头脂肪酸合成提供支持，神经酰胺d18:1/24:0中出现了约20%的相对富集，同时检测到m+2、m+4、m+6及m+8标记。表明在生理激活状态的Teff细胞中，从头脂质合成是葡萄糖的重要代谢去向；葡萄糖对GSL及其前体物质（如神经酰胺）的合成具有显著贡献。且由于这类脂质的更新速率较高，Teff细胞需主动利用葡萄糖来维持其合成。

CD8⁺ T细胞在体内引导葡萄糖为GSL生物合成提供能量

为了明确葡萄糖依赖性GSL合成对体内CD8⁺ T细胞应答的作用，研究人员通过在原代CD8⁺ T细胞中靶向Ugcg基因的CRISPR/Cas9基因编辑技术对催化GSL合成第一步反应的尿苷二磷酸葡萄糖神经酰胺葡萄糖基转移酶(UGCG)进行了抑制。同时确定GSL合成是葡萄糖衍生的UDP-Glc的关键代谢去向，而该代谢过程对于体内CD8⁺ Teff细胞的增殖至关重要。脂筏在质膜上可作为细胞信号传导的平台，GSLs尤其是神经节苷脂，是脂筏不可或缺的组成部分。在T细胞中，TCR受到刺激后会发生脂筏聚集，将TCR信号转导相关的关键蛋白募集到一起。鉴于脂筏功能缺陷与T细胞增殖受损相关，研究人员利用可以与一些神经节苷脂结合的霍乱毒素B亚基（CTxB）对GSL合成缺陷的CD8⁺ T细胞中脂筏的聚集情况进行了评估。结果显示，UGP2缺失型和UGCG缺陷型CD8⁺ T细胞的质膜上富含神经节苷脂的脂筏数量减少。从功能上看，UGCG缺陷型CD8⁺ T细胞在TCR交联后，其脂筏聚集能力也受到了损害。且通过靶向UGCG依赖的GSL合成来破坏脂筏功能，会阻碍TCR的远端信号传导。

GSL合成对于维持质膜脂筏及TCR信号传导至关重要

为了评估UGCG缺陷型CD8⁺ Teff细胞中脂筏与TCR信号缺陷的下游后果，研究人员对感染Lm-OVA 7天后从小鼠脾脏中分选得到的对照组及UGCG缺陷型CD8⁺ OT-I细胞进行了RNA测序分析。对UGCG缺陷T细胞中下调基因的富集分析显示，与细胞杀伤及细胞毒性相关的多个生物学过程受到抑制。研究人员进一步评估了GSL合成在T细胞介导的肿瘤控制中的作用，结果显示，UGCG缺陷型OT-I细胞的细胞溶解能力受损，这是由于细胞毒性蛋白表达降低所致，而非脱颗粒过程存在缺陷。在效应细胞与靶细胞比例固定的条件下，UGCG缺陷型OT-I细胞的T细胞杀伤速率也显著降低。最后，研究人员检测了GSL合成受损的CD8⁺ T细胞在体内的肿瘤控制能力。证实GSL合成对于CD8⁺ T细胞发挥最佳细胞毒性功能及体内肿瘤控制作用至关重要。