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“ABBS生物化学与生物物理学报”
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导 读
乳腺癌是当今世界发病率第一的癌种，严重威胁着女性健康。高异质性使乳腺癌患者治疗方案的选择及疗效都存在极大差异，因此通过深入探究乳腺癌的发生发展机制，以期为乳腺癌患者制定个体化、精准化的乳腺癌防治策略。脂肪酸代谢重编程是肿瘤生长、发展和治疗不可缺少的部分，而脂肪酸合成酶（fatty acid synthetase, FASN）在这一过程中起着至关重要的作用。近期，武汉大学人民医院李娟娟团队通过探究二肽基肽酶（dipeptidyl peptidase 3, DPP3）在乳腺癌中的生物学功能和机制时，发现拷贝数扩增驱动的DPP3上调与乳腺癌患者的不良预后相关，DPP3可以通过稳定FASN来调节肿瘤的脂肪酸代谢。因此，DPP3-FASN之间的相互作用可能成为乳腺癌新的治疗靶点及预后生物标志物。2024年4月24日，该团队在Acta Biochimica et Biophysica Sinica期刊在线发表题为“DPP3 promotes breast cancer tumorigenesis by stabilizing FASN and promoting lipid synthesis”的研究论文。
首先通过生物信息学分析来初步探究DPP3在肿瘤及正常组织中的表达差异，无论乳腺癌患者处于何种分期和亚型，DPP3在癌组织中的基因和蛋白表达水平都明显高于正常乳腺组织（图1A-D）。DPP3表达上调与乳腺癌的远处转移高度相关（图1E）。Kaplan-Meier 曲线分析显示DPP3 mRNA表达水平与患者不良预后呈正相关，即表达高的病人预后更差（图1G）。为了明确DPP3的表达上调的驱动因素，通过分析TCGA和CCLE 数据集中DPP3拷贝数变异（copy number variation, CNV）与mRNA表达的关系，发现DPP3拷贝数与DPP3 mRNA在乳腺癌中的表达呈正相关相关（图1H）。
图1. DPP3的表达上调由拷贝数扩增驱动，与乳腺癌患者的不良预后相关
与人正常乳腺上皮细胞系MCF-10A相比，人乳腺癌细胞系MDA-MB-231和MCF7中DPP3 mRNA和蛋白质水平显著升高（图2A,B）；通过CRISPR/Cas9技术构建了DPP3稳定敲除的人乳腺癌细胞系MDA-MB-231和小鼠乳腺癌细胞系4T1（图2E）。为了探究乳腺癌中DPP3的高表达对肿瘤生长的具体影响，利用构建的细胞系进行了CCK8、克隆形成实、划痕实验以及transwell 实验，发现使用DPP3的敲除可显著抑制乳腺癌细胞的增殖和集落的形成，降低癌细胞的迁移和侵袭转移能力（图2F-I）。同时，流式细胞术检测发现敲除DPP3会促进肿瘤细胞的凋亡（图2J）。
图2. DPP3促进肿瘤细胞系的增殖、迁移和侵袭，抑制凋亡
随后对MDA-MB-231细胞系中WT组与DPP3KO组的差异表达基因进行了富集分析（GSEA），发现这些差异基因富集于脂肪酸代谢途径和不饱和脂肪酸生物合成途径。使用质谱技术筛选出DPP3的相互作用蛋白中有脂肪酸合成的关键酶FASN，免疫共沉淀（Co-IP）实验表明DPP3与FASN之间存在相互作用，并且western blot实验发现FASN的蛋白表达在DPP3KO的情况下显著减少（图3A-C），重新表达DPP3后能恢复FASN的蛋白表达（图3F）。在CHX抑制蛋白合成的情况下，DPP3敲除后缩短了MDA-MB-231细胞中内源性FASN的半衰期（图3G），敲除DPP3后FASN的降解可以通过蛋白酶体抑制剂MG132处理细胞而消除（图3H）。在HEK293T细胞中转染Myc-Ub质粒来观察FASN的泛素化情况，发现同时转染HA-FASN和Flag-DPP3可以促进FASN泛素化（图3J）。
图3. DPP3通过与FASN的相互作用稳定FASN蛋白表达
代谢组学分析采用液相色谱-质谱联用法LC-MS/MS测定MDA-MB-231细胞WT组和DPP3KO组中的代谢物，发现DPP3缺失导致游离脂肪酸中的FFA（18:1）、12-羟基硬脂酸、FFA（13:0）、FFA（18:2）、二十碳二烯酸、FFA（20:0）、γ-亚麻酸、16-羟基十六烷酸、FFA（16:1）、FFA（22:5）、顺式-9,10-环氧十八烷酸、5,8,11-二十碳三烯酸和五烷酸的含量显著减少，只有2-羟基十六酸和3-羟基十六酸的含量显著增加（图4A）。油红染色和高光谱拉曼散射成像的结果同样表明DPP3KO组中有着更低的不饱和脂质水平和脂滴含量（图4B-D）。
图4. DPP3影响肿瘤细胞中脂肪酸的生物合成
最后，采用western blot检测患者乳腺癌组织和对应的瘤周正常组织中DPP3和FASN的表达情况，发现与正常组织相比，DPP3和FASN在乳腺癌组织中表达水平更高（图5A）。利用人类蛋白质图谱（Human Protein Atlas, HPA）数据库免疫组化数据进行分析，发现HPA数据库的肿瘤样本中DPP3的表达与FASN也呈正相关（图5B）。
图5. DPP3/FASN在乳腺癌患者样本中的表达
这项研究表明，拷贝数扩增导致的DPP3表达上调与乳腺癌患者生存期缩短和整体预后不良高度相关。机制上，DPP3能通过与FASN的相互作用稳定FASN的表达，促进脂肪酸的合成进而促进乳腺癌的发展，提示DPP3-FASN之间的相互作用是乳腺癌的一个新的潜在治疗靶点。
DPP3 promotes breast cancer tumorigenesis by stabilizing FASN and promoting lipid synthesis
Xiaoyu Fu1,2,†, Xu Li3,†, Weixing Wang2,*, Juanjuan Li1,*
1Department of Breast and Thyroid Surgery, Renmin Hospital of Wuhan University, Wuhan 430060, China, 2Department of General Surgery, Renmin Hospital of Wuhan University, Wuhan 430060, China, 3Hubei Key Laboratory of Cell Homeostasis, College of Life Sciences, TaiKang Center for Life and Medical Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China
†These authors contributed equally to this work.
通讯作者
李娟娟，医学博士，副主任医师，现任职于武汉大学人民医院乳腺甲状腺中心，主要从事乳腺癌的个体化综合治疗。任中国临床肿瘤学会（CSCO）青年专家委员会委员及秘书等。主持国家自然科学基金和省级科研项目三项，以第一/通讯作者发表论文于Molecular Cell、NPJ Breast Cancer和Cancer Letters等肿瘤学期刊。
王卫星，医学博士，主任医师，武汉大学教授、博士生导师，国务院政府特殊津贴专家，享受湖北省政府专项津贴，从事肝胆胰腺外科、微创外科及临床营养治疗的研究。兼任湖北省微循环学会理事长、湖北医学会普外分会副主任委员。主持国家自然科学基金面上项目2项，指导国家自然科学基金青年项目2项，获湖北省科技进步二等奖一项。主编、参编专著8部，发表论文百余篇，其中SCI论文数十篇。担任《临床外科杂志》副主编、《微循环杂志》副主编。
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审核 徐明华/徐文琳
编辑 寿彩华/郑福军 美工 寿彩华
编辑部 abbs@sibs.ac.cn
