抑制胆固醇分泌或肿瘤细胞IRE1α/XBP1信号会提高癌症免疫治疗效果?王立堃团队揭示，速看!

对于人体来说，胆固醇究竟是友是敌?

一方面，胆固醇是细胞膜的主要成分，与细胞膜的结构完整性、厚度、渗透性和流动性有关，并可以通过影响多种跨膜蛋白(如Na+-K+泵)的结构、功能和动力学来调节细胞功能。同时，胆固醇还是多种激素的前体，在调节细胞功能和信号传导的过程中起关键作用。

另一方面，过多的胆固醇长期堆积在动脉中会形成斑块，一旦斑块破裂便会阻塞血液流向心脏和大脑，引发心血管疾病。近年来还有越来越多的研究表示，胆固醇在癌症进展中也发挥着重要作用，癌细胞的快速增殖和侵袭需要高水平的胆固醇，且肿瘤微环境中的高胆固醇水平会影响肿瘤浸润免疫细胞的表型和活性。如果使用他汀类药物降低胆固醇水平，可在多种类型癌症中获益。因此，调节胆固醇水平被认为是抗癌和提高免疫治疗效果的“潜力股”。

2022年11月8日，中国科学院生物物理研究所的王立堃团队在 Cell Metabolism 期刊在线发表了题为：Cancer cell-intrinsic XBP1 drives immunosuppressive reprogramming of intratumoral myeloid cells by promoting cholesterol production 的研究论文。该研究发现，肿瘤细胞内IRE1α/XBP1信号通路的活化通过促进自身胆固醇的合成和分泌，抑制抗肿瘤免疫，促进了肿瘤生长。

研究人员首先通过比较TCGA和GTEx数据库中肿瘤组织和正常组织中XBP1 mRNA表达水平，发现肿瘤组织中XBP1高表达。进而选取黑色素瘤和结肠癌细胞并接种到小鼠身上，观察到肿瘤组织IRE1α/XBP1通路的激活。接下来，研究者构建了IRE1α或者XBP1缺失的肿瘤细胞，发现该UPR通路的缺失能有效抑制肿瘤在野生型小鼠上的生长。有意思的是，这种差异在免疫缺陷小鼠上并未被观察到。这提示，肿瘤细胞中的IRE1α/XBP1信号可能通过调节肿瘤免疫促进了肿瘤的生长。研究者进一步利用质谱流式技术分析发现，肿瘤细胞内XBP1的缺失减少了肿瘤微环境中髓系来源的免疫抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cell，MDSC)，增加了活化的CD8 T细胞。

为了深入理解肿瘤细胞中XBP1对肿瘤免疫的调节作用，研究者通过转录组测序和脂质组学分析发现，肿瘤细胞内XBP1的缺失造成了肿瘤组织中胆固醇水平降低，伴随着胆固醇合成途径中关键酶HMGCR转录水平的下降。由于XBP1缺失可能造成IRE1α代偿性激活，而此前研究发现IRE1α的过度活化也能导致某些mRNA的降解，这有可能是HMGCR表达水平下降的原因，因此研究人员也检测了IRE1缺失的肿瘤细胞胆固醇水平。结果显示，无论是XBP1缺失还是IRE1α缺失，都能下调肿瘤组织中胆固醇含量，这说明XBP1的缺失并非通过上调IRE1α活性来抑制胆固醇合成。

进一步，利用ChIP-PCR技术，研究人员发现XBP1能直接结合到HMGCR基因上游启动子区，激活下游基因转录。删除该顺式作用元件则能显著抑制XBP1对下游基因表达的激活。这说明XBP1作为转录因子，直接参与了HMGCR的表达上调。

那么，肿瘤细胞胆固醇表达量的上升，如何影响免疫细胞呢?体外实验发现，胆固醇可以刺激MDSC的活化和扩增，包括上调STAT3磷酸化水平和增加iNOS mRNA表达。同时，抑制肿瘤细胞内胆固醇的合成能显著减少肿瘤内MDSC水平、增加CD8 T细胞的数量，从而限制肿瘤的生长。而在高胆固醇饲料喂养的小鼠中，因肿瘤细胞XBP1缺失与否造成的肿瘤生长差异则消失。这些结果表明，肿瘤细胞内的XBP1通过促进胆固醇的合成负调控抗肿瘤免疫。

接下来，课题组对肿瘤细胞的胆固醇如何传递至MDSC以及MDSC如何接收胆固醇的机制作了深入研究。由于小细胞外囊泡(small extracellular vesicle, sEV)是细胞间信号传递的常用介质，研究者探索了XBP1是否调节sEV的分泌或者sEV上胆固醇的变化。他们发现，敲低中肿瘤细胞XBP1减少了sEV的分泌以及sEV上胆固醇的水平。并且，XBP1缺失的肿瘤细胞来源的sEV刺激MDSC扩增和活化的能力也被大大地削弱。此外，在用sEV刺激的同时，抑制MDSC巨胞饮作用也明显地限制了MDSC的扩增和活化。这表明，肿瘤细胞内的胆固醇通过sEV传递给MDSC，MDSC通过巨胞饮作用摄取胆固醇。

最后，课题组发现IRE1α/XBP1信号通路的抑制剂KIRA8能很明显地抑制肿瘤的生长，与PD-1抗体联合具有更佳地治疗肿瘤的效果。

研究模式图：左边，肿瘤细胞的UPR信号分子XBP1上调HMGCR表达和胆固醇合成，后者通过sEV形式分泌并被MDSC摄取，促进MDSC的扩增和活化，抑制抗肿瘤免疫。右边，IRE1α的激酶抑制剂KIRA8能有效恢复CD8 T细胞活性，限制肿瘤生长。

综上所述，这项研究揭示了肿瘤细胞内IRE1α/XBP1信号通路调节肿瘤免疫的机制，发现UPR调控胆固醇合成、参与跨细胞信号传递的新功能，为开发新的抗肿瘤药物提供了新的视野。

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