肿瘤干细胞(Cancer stem cell,CSCs)及其微环境驱动的肿瘤免疫逃逸是免疫检查点阻断疗法失败的主要原因,而杀伤性T淋巴细胞所介导的肿瘤细胞铁死亡是肿瘤免疫清除的关键。然而,在非小细胞肺癌中CSCs的铁死亡调控机制尚不清楚。肿瘤相关巨噬细胞(Tumor-associated macrophages,TAMs)作为肿瘤微环境中最丰富的免疫细胞,其与CSCs干性维持及肿瘤免疫耐受的形成密切相关,然而关于TAMs调控CSCs铁死亡的研究鲜有报道。另外,大量的研究发现铁死亡的发生与细胞脂肪酸代谢密切相关。肉碱棕榈酰转移酶1A(Carnitine palmitoyl transferase 1A,CPT1A)是脂肪酸氧化代谢(Fatty acid oxidation,FAO)过程中重要的限速酶,CPT1A在脂肪酸载体L-肉碱的帮助下将长链脂肪酸转化为脂酰肉碱并转运至线粒体内进行脂肪酸的β-氧化。尽管有研究表明,L-肉碱和CPT1A与肿瘤的进展密切相关,但关于L-肉碱和CPT1A在CSCs干性维持和铁死亡调控中的作用及机制并不清楚。在本项研究中,我们首先研究发现TAMs分泌的代谢产物可以抑制肺癌细胞的铁死亡,应用代谢组学技术以及细胞学实验分析证实TAMs分泌的代谢产物L-肉碱可以抑制肺癌细胞的铁死亡,维持肺癌细胞干性表型并最终促进小鼠肺癌的发生发展。进一步利用稳定敲低CPT1A基因的肺癌细胞系及其所建立的皮下荷瘤小鼠模型,肺上皮细胞特异性敲除Cpt1a基因的自发肺癌(Cpt1a~(Flox Flox)-Sftpc-creERSAG~(T2);Kras~(LSL-G12D/-))小鼠模型,我们发现L-肉碱通过其下游代谢酶CPT1A来驱动CSCs的干性维持和铁死亡抵抗,以及肿瘤免疫抑制性微环境的形成。分析肺癌患者的肿瘤组织芯片发现,CPT1A在人肺癌组织中高表达并且随着疾病的进展而升高。利用生物信息学分析发现,CPT1A的转录本与肺癌患者的临床预后呈显著负相关。在作用机制研究中,我们证明CPT1A通过抑制c-Myc泛素化降解来提高c-Myc蛋白的稳定性,同时c-Myc又可以直接转录激活CPT1A的表达,从而形成CPT1A/c-Myc正反馈调控环路。该分子环路进一步抑制ACSL4的表达来减少磷脂多不饱和脂肪酸的合成,并激活NRF2/GPX4通路来增强肺癌细胞的抗氧化活性,从而抑制肺癌干细胞(Lung cancer stem cells,LCSCs)的铁死亡。我们利用肺癌临床样本,转基因小鼠模型以及生物信息学分析证实了CPT1A/c-Myc环路的活跃程度与铁死亡相确认细节关基因ACSL4和GPX4的表达具有显著的相关性。最后,利用小鼠皮下荷瘤模型和细胞共培养实验,我们证实了抑制CPT1A可以恢复CD8+T细胞的浸润和活化。进一步通过敲低或者使用小分子抑制剂Etomoxir靶向CPT1A联合铁死亡诱导剂Erastin或免疫检查点抑制剂PD-1抗体可以促进抗肿瘤免疫和肿瘤细胞铁死亡,从而更有效地抑制肿瘤进展。综上所述,我们的研究首次揭示了 TAMs来源的代谢物L-肉碱通过调控CPT1A/c-Myc正反馈环路激活细胞的抗氧化系统(NRF2/GPX4)并抑制磷脂多不饱和脂肪酸的合成(ACSL4),从而诱导CSCs的铁死亡抵抗,最终促进肺癌的免疫逃逸和肿瘤进展。本研究发现了TAMs通过代谢Genetic animal models重塑促进CSCs铁死亡抵抗和免疫逃逸的重要作用,揭示了CPT1A/c-Myc正反馈环路在调控CSCs干性表型、铁死亡抵抗以及免疫逃逸中的核心机制,证实了CPT1A可能作为增强CSCs铁死亡敏感性从而改善免疫治疗效果的潜在靶点,为开发肺癌的联合免疫治疗策略提供新的理论依据。