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热点!氨基酸代谢驱动胰腺癌治疗抵抗的机制!
学术
2024-10-21 00:06
上海
本期给大家分享密歇根大学
Costas A. Lyssiotis团队和
加州大学尔湾分校
Christopher J. Halbrook
团队
于2022年发表在
Nature Cancer期刊
上的研究论文,题为
Differential integrated stress response and asparagine production drive symbiosis and therapy resistance of pancreatic adenocarcinoma cells
,揭开了胰腺癌细胞如何在恶劣的肿瘤微环境中生存和繁衍的秘密。
请各位想象一个画面
:胰腺癌细胞就像一群狡猾的犯罪分子,它们在营养匮乏的环境下,通过改变自身的新陈代谢,与其他细胞相互勾结,共同对抗免疫攻击。与常见的通过基因及功能差异去探究胰腺癌的多样性不同的是,
本项研究系统地从肿瘤细胞代谢模式偏好,并新鉴定两类不同的胰腺癌细胞亚群,它们通过代谢物交互,互相支持,共同抵抗治疗
。通过代谢组学数据及湿实验发现,天冬酰胺(
asparagine)
在这种代谢共生关系中扮演了关键角色。通过限制天冬酰胺的供应,可以显著提高化疗的效果。
思维导图速览:
主要实验结果
1、代谢分组的表征及代谢偏好性分析(鉴定出 PDA 的两个代谢亚型)
图1a
-1b
:从小鼠肿瘤克隆出的7个细胞系,并通过 LC-MS/MS 代谢组学分析对其进行分型。
重点:通过热图,展示出代谢产物水平的显著差异,并且借此将
细胞系分为两组(Group 1 和 Group 2),这也是本文的故事的开始。
ps:
热图中的每一列代表一个代谢产物,展示了不同细胞系之间的代谢差异;
图1c-1f:对比了两组细胞对多种代谢抑制剂(如 FX11 和 oligomycin)的敏感性。Group 1
细胞
对糖酵解抑制更敏感,而
Group 2
细胞更易受线粒体抑制的影响。
2、克隆间的共培养实验
图2a-2f:共培养实验展示了 Group 1 细胞如何在 oligomycin 处理下支持 Group 2 细胞的生长;
图2g-2h:Transwell共培养实验,证明Group 1 细胞对oligomycin敏感的Group 2 细胞增殖的支持作用不依赖于细胞接触。
3、天冬酰胺的支持作用
图3a-3e:天冬酰胺在呼吸抑制条件下可以促进 PDA 细胞的增殖,补充天冬酰胺能够恢复因线粒体抑制导致的天冬氨酸耗竭
(ps:文中提到,作者采用的天冬酰胺处理溶度,位于人血浆的
生理范围
内,这增加了实验的说服性,大家在设计自己的湿实验的时候,也可以多思考一下这个方面);
图3g-3h:通过干扰ASNS 基因的表达,验证了天冬酰胺对代谢支持的关键作用(这是一种 loss of function 的设计)。
4、
ISR(整合应激反应)与 ATF4 通路
图4a-4e:ATF4 在 Group 1 细胞中的高表达,并且这种应激反应与代谢抗性密切相关。此外,作者发现Group 1 中 GCN2 通路的激活促使 ATF4 上调,而 Group 2 只有在应激下才激活该通路;
图4f-4g:ISR抑制剂(ISRIB)或GCN2抑制剂(GCN2iB)可显著削弱了在与Group 1细胞对Group 2细胞的支持作用,证明了不同克隆细胞间ISR及GCN2在这一反应中的关键作用。
5、
天冬酰胺在人源模型中的作用
图5a:人肿瘤标本也显示出显著的肿瘤内异质性,即使在同一导管病变内,ASNS表达水平从完全缺失到强烈表达不等;
图5b-5d:生信数据挖掘发现,ATF4等基因在恶性上皮细胞亚群中高度富集,这一现象在多个样本中表现一致;
图5e-5h:ASNS高表达的细胞可支持ASNS低表达的细胞生长,这与前面的结果相互照应。总之,作者在人源胰导管腺癌细胞中发现与鼠源细胞类似的代谢亚型细胞。
6、
天冬酰胺对线粒体抑制的拯救作用
图6a:
Oligomycin和Phenformin均能显著抑制细胞的呼吸能力,补充天冬酰胺可以部分缓解;
图6b-6e:代谢组学发现·Oligomycin 处理后 TCA 循环中间产物显著减少,但天冬酰胺的补充能够部分恢复天冬氨酸及核苷酸的水平,确保了生长所需的物质;
图6f:通过同位素示踪,观察到天冬酰胺不会直接转化为天冬氨酸;
图6g-6h:通过 RNA 干扰 (RNAi) 敲低 ASNS ,观察天冬氨酸水平增加;
图6i-6j:在抑制剂处理条件下,耐药细胞(ISR-high)维持了较高的天冬氨酸水平和更低的 NADH/NAD
+
比率,这可能是其在呼吸受限下保持代谢功能的原因。
7、
天冬酰胺抑制与线粒体抑制剂的联合治疗
图7a:高剂量Oligomycin条件下,天冬酰胺仍能促进细胞增殖;
图7b-7c:在不同细胞系中天冬酰胺均能显著缓解线粒体抑制引起的增殖抑制。
图7d-7h:天冬酰胺抑制与线粒体抑制剂的联合治疗在体内实验中也有较好效果;
图7i-7k:多模型验证进一步确定天冬酰胺抑制与线粒体抑制剂的联合治疗的效果优于单药。
结语:
这项研究效果优于单药现无疑为胰腺癌患者带来了新的希望。
在科研的道路上,每一步都是新的挑战,但正是这些挑战,推动我们不断前进。从基因到代谢,从细胞到动物模型,每一步都至关重要。这篇研究,无疑是一个很好的示范。
让我们一起期待,这些发现能够早日转化为临床应用,为胰腺癌患者带来福音。科研不易,但正是这份不易,让每一次突破都显得弥足珍贵。让我们为科研工作者点赞,也为每一个生命的奇迹点赞!
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MTExNTkwNA==&mid=2247557311&idx=1&sn=bdbefb9ebce82ce2dea764e9d264f38f
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