SPTLC1

引言 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。 参考文献 https://doi.org/10.1038/s41586-024-07787-1 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

*仅供医学专业人士阅读参考有句话叫“甲之蜜糖，乙之砒霜”，它适用的情景还真不少，比如各位重视健康和身材管理的朋友，听到油脂肯定是一脸嫌弃，但在营养物质匮乏的肿瘤微环境里，各种脂质可是会被癌细胞疯抢或努力合成的重要“战略资源”，而且它们的作用还不仅仅限于供能呢。在今天的《自然》上，一项由美国洛克菲勒大学研究团队主持开展的研究成果就显示，磷脂类物质中鞘糖脂（Glycosphingolipid）的合成，就对KRAS突变驱动的肿瘤成功实现免疫逃逸至关重要：鞘糖脂合成水平与癌细胞表面的干扰素γ受体1（IFNGR1）数量多寡挂钩，阻断鞘糖脂合成会使IFNGR1增多，就让癌细胞更容易被抗肿瘤免疫应答消灭[1]。论文首页截图虽说学界早就发现了各种脂质促癌症进展和转移的作用[2]，但还很少把“罪名”具体落到某一种具体的脂质分子上，这显然还不足以为精准干预策略指明方向，所以在本次研究中，洛克菲勒大学研究团队对KRAS突变型胰腺导管腺癌（PDAC，使用HY15549细胞系）开展了功能基因组学和脂质组学分析，以期找到对免疫逃逸有关键作用的脂质分子。基因集富集分析（GSEA）显示，与植入到清髓小鼠体内的癌细胞相比，在免疫健全小鼠体内成功存活并成瘤的PDAC细胞，合成鞘脂类分子及磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺的能力明显增强，提示它们可能与免疫逃逸相关，而汇总GSEA及脂质组学分析结果后，作为细胞膜重要成分之一的鞘糖脂，就成了唯一的“犯罪嫌疑人”。鞘糖脂与PDAC细胞成功实现免疫逃逸有关研究者们随即在实验中证实，敲除或敲低鞘糖脂从头合成过程所需的关键酶编码基因（Sptlc1/Sptlc2），即可显著抑制肿瘤生长，且先天免疫和适应性免疫应答均参与了抑癌：敲除相关基因后对肿瘤微环境的分析显示，NK细胞和CD8+T细胞都会赶来杀伤癌细胞。那么问题来了，合成鞘糖脂为什么能帮PDAC细胞逃避免疫系统的追杀呢？共培养实验显示，因敲除Sptlc1/Sptlc2而不能合成鞘糖脂的癌细胞与NK细胞或T细胞共培养时，细胞内干扰素信号相关基因表达均发生了显著上调，其中作用最不可或缺的是干扰素γ（IFNγ）。蛋白组学分析证实，敲除Sptlc1/Sptlc2使癌细胞的膜蛋白丰度发生了剧变，水平上调最明显的就有干扰素γ受体1（IFNGR1），意味着癌细胞更容易与NK细胞或T细胞分泌的IFNγ结合，随后被迫启动JAK-STAT通路，诱导抗原呈递过程和促炎性细胞因子的产生，这些可都是有利于抗肿瘤免疫应答的利好信号，自然是癌细胞想要极力避免的。鞘糖脂合成决定了癌细胞膜表面的IFNGR1水平借助CRISPR筛选技术，研究者们还证实鞘糖脂是唯一影响IFNGR1水平的鞘脂类分子，敲除仅参与鞘糖脂合成的UGCG酶编码基因，即可上调IFNGR1表达；而凑巧的是，临床上用于治疗罕见病戈谢氏病的药物艾格司他（Eliglustat）就能抑制UGCG活性，将它与免疫检查点抑制剂（PD-1+CTLA-4抑制剂双免疫疗法）联合使用，果然实现了协同增效。研究者们表示，下一步探索的方向是明确鞘糖脂合成对癌细胞IFNGR1水平的影响，是否仅局限于KRAS突变型肿瘤，这将直接决定干预策略的适用范围，但奇点糕觉得吧，即使仅限于存在KRAS突变的癌症，从中可能受益的患者都数不胜数，肺癌、肠癌、胰腺癌，哪个不是治疗棘手的顽敌？赶紧临床研究走起吧~参考文献：[1]Soula M, Unlu G, Welch R, et al. Glycosphingolipid synthesis mediates immune evasion in KRAS-driven cancer[J]. Nature, 2024.[2]Martin-Perez M, Urdiroz-Urricelqui U, Bigas C, et al. The role of lipids in cancer progression and metastasis[J]. Cell Metabolism, 2022, 34(11): 1675-1699.本文作者丨谭硕

双歧杆菌属（Bifidobacterium，也有中文直译为“比菲德氏菌”）是一种重要的肠道有益微生物，在医药和食品方面有着广泛的应用。对于经常便秘或者腹泻的人群来说，对双歧杆菌再熟悉不过。双歧杆菌相关的各类益生菌制剂，自然是各位宝妈宝爸的家中常备药品。以乳双歧杆菌和长双歧杆菌为代表的双歧杆菌在酸奶或者饮料中极为常见。早在1899年，法国巴斯德研究所的儿科医生Henry Tissier从母乳喂养的健康婴儿的粪便中分离出的一种厌氧的革兰氏阳性杆菌，当时命名为Bacillus bifidus。随后，Tissier就发现补充这种分叉状的杆菌能治疗肠道感染方面的疾病。在Tissier发现双歧杆菌以后，人们发现了更多的双歧杆菌属的成员，人们对双歧杆菌的生理功能进行了深入地发掘与研究。那么，除了改善肠道功能，双歧杆菌还有哪些其他的用途呢？双歧杆菌或可预防肝病患者的全身性感染由于代谢综合征和饮酒率的增加，慢性肝病越来越常见。慢性肝病的发展由肝细胞损失、炎症和纤维化引起，上述过程会导致关键肝功能的丧失，增加感染的风险。目前治疗肝衰竭并发症的干预措施，如针对全身感染的抗生素给药，或者针对肝性脑病的乳果糖治疗，都会影响肠道微生物组成和相关代谢物的产生。芝加哥大学Matthew A. Odenwald和Eric G. Pamer团队发现乳果糖和双歧杆菌可以作为合生元，降低严重肝病患者的感染率。相关成果以“Bifidobacteria metabolize lactulose to optimize gut metabolites and prevent systemic infection in patients with liver disease”为题目，2023年11月8日发表于Nature Microbiology杂志上。 DOI: 10.1038/s41564-023-01493-w芝加哥大学研究团队对262名急性或慢性肝病患者的847份粪便样本进行基因组测序和代谢组学分析。他们证实因肝病住院的患者微生物组多样性降低，生物活性代谢产物（包括短链脂肪酸和胆汁酸衍生物）缺乏，影响免疫防御和上皮屏障完整性。课题组发现，口服不可吸收的双糖乳果糖（disaccharide lactulose），可以增加患者肠道的双歧杆菌密度，降低感染率和死亡率。结合小鼠模型，研究团队还发现双歧杆菌可以代谢乳果糖，产生高浓度的乙酸盐，并酸化人类和小鼠的肠腔，这可以抑制耐药菌（如体外耐万古霉素的粪肠球菌）的生长。双歧杆菌或可防止饮食诱导的肥胖大量研究表明，瘦子和胖子的肠道微生物组有着显著的区别，肥胖与肠道微生物组以及许多环境因素的变化有关。作为对身材管理有着较严格要求的韩国，2022年韩国光州科学技术院（Gwangju Institute of Science and Technology, GIST）、韩国延世大学医学院（Yonsei University College of Medicine）和韩国首尔大学（Seoul National University）合作研究，报道了有两种双歧杆菌对控制韩国人口的代谢参数至关重要。相关成果以“Bifdobacterial carbohydrate/nucleoside metabolism enhances oxidative phosphorylation in white adipose tissue to protect against diet-induced obesity”为题目，于2022年11月4日发表在Microbiome杂志上。 DOI: 10.1186/s40168-022-01374-0基于对99名研究参与者（51例体重正常、48例肥胖）的肠道微生物进行分析，研究人员在内脏脂肪组织（VAT）、体重指数（BMI）、血液甘油三酯（TG）和脂肪肝增加的研究参与者中，发现长双歧杆菌（Bifdobacterium longum）和两歧双歧杆菌（Bifdobacterium bifdum）的丰度显著降低。细菌转录组学分析显示，长双歧杆菌和两歧双歧杆菌的碳水化合物/核苷代谢过程与预防饮食诱导的肥胖有关。口服商业化的长双歧杆菌（Bl_MG723）和两歧双歧杆菌（Bb_MG731）可增强胆汁酸信号传导，有助于增强脂肪组织中的氧化磷酸化，从而减少体重增加，改善肝脏脂肪变性和葡萄糖稳态。在无菌小鼠模型中，研究人员还发现长双歧杆菌和两歧双歧杆菌可以操纵肠道的固醇生物合成过程，以防止饮食诱导的肥胖。双歧杆菌或可改善皮肤衰老双歧杆菌在维持皮肤状态中发挥着重要作用，例如，二裂酵母发酵产物溶孢物在美容护肤品中风靡多时，其实则是经双歧杆菌培养、灭活及分解得到代谢产物、细胞质片段、细胞壁组分及多糖复合体。但双歧杆菌是如何作用于肤质的改善，其内部机制还不明确。中国农业大学任发政院士团队从肠道-皮肤轴的角度，进一步探讨了长双歧杆菌（B.longum 68S）在衰老的小鼠中改善皮肤屏障损伤的机制。相关成果以“Bifidobacterium longum 68S mediated gut-skin axis homeostasis improved skin barrier damage in aging mice”为题目，于2023年8月25日发表在Phytomedicine杂志上。 DOI: 10.1016/j.phymed.2023.155051通过对小鼠皮肤的转录组分析以及粪便的16S rRNA测序分析，研究团队发现衰老小鼠表现出皮肤屏障功能障碍和肠道微生态失调。此外，研究人员还发现衰老小鼠的经表皮失水量（trans epidermal water loss, TEWL）上调，而神经酰胺合成关键酶SPT1、神经酰胺和皮肤屏障相关蛋白水平（Loricrin、Keratin 10和Desmoglein 1）下调。将衰老小鼠的粪便移植给正常小鼠或者缺失SPT1的小鼠之后，可以重塑皮肤屏障损伤表型。补充长双歧杆菌68S可改善被移植小鼠的皮肤损伤。最后在细胞水平，研究团队探讨了相关的分子机制。他们发现长双歧杆菌68S可以介导SPT1产生神经酰胺，进而阻止神经酰胺合成受损诱导的内质网应激和凋亡反应，最终改善了体外皮肤屏障损伤。综上所述，这小小的双歧杆菌已经充分融入了我们的生活，是可辅助人体健康的重要益生菌之一。大家伙儿可以根据自身情况及需求，合理寻求双歧杆菌的帮助~参考文献：1. https://doi.org/10.1038/s41564-023-01493-w2. https://doi.org/10.1186/s40168-022-01374-03. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2023.155051撰文 | 老汤圆编辑 | lcc部分文字来源于网络，本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！精彩推荐：1、为什么她/他看上去更年轻？研究显示最佳水合作用可能会延缓人类衰老过程2、不睡觉大脑“雪崩”！睡一觉大脑恢复最佳状态！Nature子刊：“需要睡觉”的根本原因找到了！3、不断卷土重来的新冠病毒变异株，注射疫苗还有用吗？最新 Science Immunology 研究给出解答4、维C抗癌新发现！Nature子刊 ：中国科学家揭示大剂量维C促进肿瘤血管正常化，激活免疫系统5、头发重生计划启动！研究发现：皮肤内的这项秘密武器或许能拯救你的发际线！