Nature子刊：中科大教授发现肿瘤浸润NK细胞的免疫逃逸机制

中国科学技术大学的田志刚，魏海明，黄光明，郑小虎，周勇刚以及安徽医科大学第一附院钱叶本主任合作发现肿瘤细胞通过改变NK细胞表面的拓扑结构来逃避NK的识别和杀伤。该研究结果以题为“Tumors evade immune cytotoxicity by altering the surface topology of NK cells” 发表于Nature Immunology。

研究者通过透射电镜和扫描电镜技术清晰的看到不同来源NK细胞表面突起结构的不同，正常外周血以及肝脏组织中的NK细胞表面有丰富的突起，长度在190-360 nm之间，而肝癌中浸润的瘤内NK细胞表面突起明显减少且长度更短，只有40–130nm（图1）。除了肝癌，在卵巢癌、肺癌以及结肠癌的瘤内NK细胞表面也发现了类似地改变。

图1. 瘤内NK细胞表面突起减少

研究者将三种NK细胞与肝癌细胞系HepG2共培养1-4h，通过扫描电镜技术发现正常外周血以及肝脏组织中的NK细胞都与肝癌细胞结合在一起，而瘤内NK细胞有50-79%都没有结合到肝癌细胞上，甚至没有靠近肝癌细胞（图2）。即使少量的瘤内NK结合到肝癌细胞上，也没有形成紧密的免疫突触（图3），因此瘤内NK由于没有免疫突触的形成从而影响其发挥抗肿瘤能力。

图2 瘤内NK细胞识别肿瘤细胞的能力受损

图3 瘤内NK细胞与肿瘤细胞的紧密连接和免疫突触减少

研究者建立了单个免疫细胞质谱技术（sIC-MS）发现瘤内NK细胞表面突起减少主要因为鞘磷脂（SM）含量降低，且细胞突起的形成依赖SM的合成。研究者通过小分子抑制剂D609和小干扰RNA (Si-SGMS1 )抑制NK细胞SM的合成，在电镜技术下发现NK细胞突起减少以及细胞间紧密连接遭到破坏（图4），同时在Agilent xCELLigence RTCA MP上实时检测对肝癌细胞HepG2的杀伤（图5），发现抑制NK细胞SM的合成其杀伤能力明显下降。进一步研究证实是丝氨酸的代谢失调导致瘤内NK细胞的SM的下降，进而影响突起的形成，而丝氨酸是SM生物合成的关键原料。

图4 抑制NK细胞鞘磷脂的生物合成影响细胞突起和细胞间紧密连接的形成

图5 抑制NK细胞鞘磷脂的生物合成影响NK细胞的杀伤能力-实时杀伤数据来自Agilent xCELLigence RTCA

研究者利用鞘磷脂酶抑制剂LCL521和GW4869惊喜的发现阻止SM的降解恢复了瘤内NK细胞表面突起的数量和长度（图6），同时也恢复了瘤内NK细胞的抗肿瘤能力（图7）。这种明显的杀伤改善促使团队进行鞘磷脂酶抑制剂和免疫检查点抑制剂的联合疗法的抗肿瘤效果研究，将TIM3阻断抗体与鞘磷脂酶抑制剂LCL521 / GW4869联合，在体外联合处理明显增强瘤内NK细胞的肿瘤杀伤能力，在体内小鼠肝癌模型中联合治疗也明显增强肿瘤清除能力（图8）。

图7 抑制鞘磷脂酶的活性改善瘤内NK细胞的杀伤能力-实时杀伤数据来自Agilent xCELLigence RTCA

图8 靶向鞘磷脂酶抑制剂和TIM3阻断剂联合起到协同抗肿瘤作用

这篇研究成果让我们更直观的看到肿瘤对NK细胞的影响，瘤内NK细胞的丝氨酸代谢失调，直接影响了鞘磷脂的生物合成，抑制细胞膜突起的形成，导致NK细胞无法识别和结合肿瘤细胞，也无法形成免疫突触，进而失去杀伤肿瘤细胞的能力。进一步发现靶向鞘磷脂酶与免疫检查点抑制剂的联合疗法在体内起到了协同抗肿瘤的效果，为基于NK细胞免疫疗法的开发提供了全新的改造策略。

本文中除了使用流式细胞术、电镜等技术外，其中关于代谢流/代谢组学方面的研究使用到了Agilent的GC/MS气质联用，精准的分析到由于丝氨酸代谢失调，导致鞘磷脂含量的降低，进而引起NK细胞表面突起的减少；而对于NK细胞杀伤能力的评估采用了Agilent创新型实时无标记细胞分析仪 xCELLigence RTCA平台，只需简单的操作就能实现无人值守的实时效应细胞杀伤检测。

中科大的科学家们除了阐明了NK细胞的免疫逃逸机制，在此也为效应细胞的体外杀伤检测提供了一个十分简便且有效的方法，全面推动细胞治疗药物的发展。这个研究也为肝癌等癌症的免疫治疗指出了新方向，鞘磷脂酶抑制剂联合免疫检查点抑制剂，有望成为一种新疗法。

Agilent致力于整体解决方案的开发，除了上述文章中使用的GC/MS和xCELLigence RTCA检测平台，还有智能化NovoCyte系列流式细胞仪，提供多达5激光30个荧光通道的灵活配置，以及更加人性化的开关机和仪器日常维护；基于能量代谢研究的Seahorse平台，从细胞代谢层面研究疾病机制和疗法开发；以及Synergy系列微孔板检测仪和Cytation系列细胞成像多功能微孔板检测仪，为客户提供一站式的整体解决方案，更好的满足客户的需求，助力科学研究与商业化产品的开发。

文献资料：

1. Overcoming tumor resistance mechanisms in CAR-NK cell therapy. Front Immunol.2022; 13: 953849.

2. NK cell (pink) attacking tumor cell (green). Sources: Nature (Credit: Eye of science/SPL)