前言

2022年03月,歐易/鹿明生物合作客戶重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科周智航團(tuán)隊(duì)在International Journal of Biological Sciences期刊發(fā)表的題為 “Enhanced pentose phosphate pathway activity promotes pancreatic ductal adenocarcinoma progression via activating YAP/MMP1 axis under chronic acidosis”的研究成果，通過采用非靶代謝組學(xué)和基因表達(dá)芯片，發(fā)現(xiàn)了適應(yīng)酸性微環(huán)境的胰腺導(dǎo)管腺癌 (PDAC)細(xì)胞具有更強(qiáng)的轉(zhuǎn)移和增殖能力。

代謝組學(xué)顯示適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞中葡萄糖增加、糖酵解減少，而轉(zhuǎn)錄組學(xué)發(fā)現(xiàn)適應(yīng)酸性微環(huán)境細(xì)胞中的差異表達(dá)基因主要為細(xì)胞外基質(zhì)修飾和 Hippo 信號傳導(dǎo)相關(guān)基因。MMP1 在在適應(yīng)酸性微環(huán)境細(xì)胞中上調(diào)最為明顯，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其由 YAP/TAZ 通路介導(dǎo)，而被 AMPK抑制。該研究確認(rèn)了代謝重編程通過AMPK/ YAP /MMP1軸促進(jìn)適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。

中文標(biāo)題：適應(yīng)酸性微環(huán)境的胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞中磷酸戊糖代謝途徑增強(qiáng)，通過激活YAP/MMP1 軸促進(jìn)癌癥進(jìn)展

研究對象：小鼠

發(fā)表期刊：Int J Biol Sci

影響因子：6.58

發(fā)表時(shí)間：2022 年3月

合作單位 : 重慶醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科

運(yùn)用生物技術(shù)：非靶向代謝組學(xué)(由鹿明生物/歐易生物提供技術(shù)支持)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)

研究背景

為適應(yīng)無限增殖帶來的不利生存環(huán)境，腫瘤細(xì)胞的代謝方式呈現(xiàn)出背景依賴性的靈活性，更傾向于有氧糖酵解。但此種代謝方式產(chǎn)生大量乳酸，導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境的pH值降低至6.4-7，即酸性微環(huán)境。酸性微環(huán)境是腫瘤細(xì)胞的一種選擇壓力，存活下來的細(xì)胞具有更強(qiáng)的增殖、轉(zhuǎn)移和耐藥能力。作為一種公認(rèn)的促瘤效應(yīng)，酸性微環(huán)境已被用作判斷預(yù)后和治療效果的標(biāo)志物。然而，酸性微環(huán)境的機(jī)制尚未完全闡明，需要進(jìn)一步研究。

由于細(xì)胞和環(huán)境間具有相互作用，所以酸性微環(huán)境也可以反過來誘導(dǎo)細(xì)胞代謝轉(zhuǎn)變。已有文獻(xiàn)報(bào)道，急性酸處理（pH 6.8 36 小時(shí)）可以上調(diào)葡萄糖 6-磷酸脫氫酶的表達(dá)來增加膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中嘌呤核苷酸從頭合成，促進(jìn)細(xì)胞增殖。AMP 活化蛋白激酶 (AMPK) 是一種能量傳感器，可監(jiān)測真核細(xì)胞中 AMP:ADP:ATP 的比例。AMPK 作為腫瘤抑制因子肝激酶 B1 (LKB1)的底物，也具有抑瘤效應(yīng)。AMPK通過磷酸化Hippo-Yap 通路中的銜接蛋白——血管生成素樣蛋白1(AMOTL1)，阻斷 YAP活性，抑制癌細(xì)胞增殖和存活。

在本研究中，作者采用酸性培養(yǎng)基（pH 6.5）連續(xù)培養(yǎng) 3 個(gè)月制備出適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)表明適應(yīng)酸性環(huán)境的細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)，基質(zhì)金屬蛋白酶-1 (MMP1) 表達(dá)顯著上調(diào)。此外，代謝組學(xué)分析顯示，隨著細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的增加，戊糖磷酸途徑 (PPP)有所增強(qiáng)，而糖酵解則明顯受到抑制。這種轉(zhuǎn)變進(jìn)一步增加了 細(xì)胞內(nèi)ATP 水平并抑制 AMPK 信號傳導(dǎo)，從而上調(diào)了YAP 和 MMP1 的表達(dá)，促進(jìn)PDAC細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移。作者的研究表明，增加的 PPP 代謝通過 AMPK/YAP/MMP1 軸促進(jìn)適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞進(jìn)展。

研究思路

研究結(jié)果

在適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞中增強(qiáng)的戊糖磷酸途徑抑制了 AMPK 信號通路

通過在 pH 6.5 的酸性培養(yǎng)基中培養(yǎng)三個(gè)月獲得適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞（PANC-1-AA 和 SW1990-AA），而對照細(xì)胞則在 pH 7.4 的 DMEM 中培養(yǎng)（PANC-1-NA 和 SW1990-NA）。應(yīng)用非靶向代謝組學(xué)分析( LC-MS 和 GC-MS)來揭示適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞代謝變化。GC-MS 結(jié)果顯示 SW1990-AA（圖 1A）和 PANC-1-AA 細(xì)胞中分別有 99 和 69 種代謝物發(fā)生了變化。LC-MS 顯示 SW1990-AA（圖1B） 和 PANC-1-AA 細(xì)胞中分別有 105 和 99 種代謝物發(fā)生了變化。聯(lián)合 LC-MS 和 GC-MS分析結(jié)果顯示，糖酵解中間代謝產(chǎn)物，例如 6-磷酸果糖 (F6P)含量減少（圖1C）。而葡萄糖含量增加（圖1D）。

上述結(jié)果提示適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞代謝轉(zhuǎn)向了 PPP。PPP 提供 NADPH 和 5-磷酸核糖 (R5P) 。這兩種代謝物對核酸、脂肪酸、甾醇、核苷酸和非必需氨基酸合成至關(guān)重要 。作者檢測了PPP途徑第一步的關(guān)鍵酶G6PDH，發(fā)現(xiàn)其在適應(yīng)酸性微環(huán)境的細(xì)胞中活性顯著增加（圖1E），G6PDH下游的NADP+/NADPH比值顯著降低（即適應(yīng)酸性微環(huán)境細(xì)胞中NADPH 增加）（圖1 F）。

此外，PPP的其他下游產(chǎn)物在適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞中均有不同程度的增加（圖1D-H）。此外適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC 細(xì)胞中 AMP 降低，而 ATP 水平較高（圖1 I）。這些結(jié)果表明，PDAC細(xì)胞在增強(qiáng)PPP后可能通過不同的代償代謝方式來增加細(xì)胞內(nèi)ATP水平。

AMPK 信號是 ATP/AMP 比率的傳感器。作者檢測到適應(yīng)酸性微環(huán)境細(xì)胞中AMPK的磷酸化水平低于對照細(xì)胞（圖1J)。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞中PPP 的代謝重編程抑制了 AMPK 信號傳導(dǎo)。

圖1 | 適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞中向戊糖磷酸途徑的代謝轉(zhuǎn)變抑制了 AMPK 信號傳導(dǎo)

a)GC-MS檢測到SW1990-NA和SW1990-AA細(xì)胞中代謝物的變化。

b)LC-MS顯示SW1990-NA和SW1990-AA細(xì)胞中代謝物的變化。

c)PANC-1-AA細(xì)胞中代謝物減少和增加的分析。

d)SW1990-AA細(xì)胞中代謝物減少和增加的分析。

e)SW1990-NA和SW1990-AA細(xì)胞中G6PDH活性的檢測。

f)SW1990-NA和SW1990-AA細(xì)胞中NADP+/NADPH比率的檢測。

g)PANC-1-AA細(xì)胞中的通路發(fā)生了變化。

h)SW1990-AA細(xì)胞中的通路發(fā)生了變化。

i)ATP在PANC-1-AA和SW1990-AA細(xì)胞中增加。

j)WB檢測適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞及其對照細(xì)胞（上圖）中AMPK的激活情況。

適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞遷移和侵襲能力增強(qiáng)

作者比較了適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞和對照細(xì)胞的表型差異。通過劃痕實(shí)驗(yàn)作者發(fā)現(xiàn)適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞具有更強(qiáng)的遷移能力（圖2 A-B）。而Transwell檢測顯示，適應(yīng)酸性微環(huán)境的的PDAC細(xì)胞侵襲能力也有所提高（圖2C-D）。

眾所周知，上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）是促進(jìn)侵襲和轉(zhuǎn)移的重要因素，因此作者檢測了EMT標(biāo)志物的表達(dá)。PANC-1-AA 和 SW1990-AA 細(xì)胞中 N-鈣粘蛋白、波形蛋白、α-SMA、Snail、Zeb1 和 Zeb2 的表達(dá) 水平顯著增加（圖2E-G），但E-鈣粘表達(dá)水平降低（圖2 G）。因此，酸性微環(huán)境促進(jìn) PDAC遷移和侵襲。

圖2 | 適應(yīng)酸性環(huán)境的PDAC細(xì)胞遷移和侵襲能力增強(qiáng)

a)傷口愈合試驗(yàn)反映了 PANC-1-AA 細(xì)胞中的遷移情況。

b)傷口愈合試驗(yàn)反映了 SW1990-AA 細(xì)胞中的遷移情況。

c)Transwell 檢測顯示PANC-1-AA 細(xì)胞具有更強(qiáng)的侵襲能力。右下角的標(biāo)尺為 200 μm。

d)Transwell 檢測顯示SW1990-AA 細(xì)胞具有更強(qiáng)的侵襲能力。右下角的標(biāo)尺為 200 μm。

e)qPCR檢測在適應(yīng)酸性微環(huán)境的的PDAC及其對照細(xì)胞中EMT的標(biāo)志物

f)WB檢測適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC和對照細(xì)胞中Snail和Vimentin的蛋白水平。

g)免疫熒光檢測PANC-1-AA/NA和SW1990-AA/NA 細(xì)胞（紅色）中 E-cadherin 和 β-catenin 的表達(dá)。細(xì)胞核用 DAPI 染成藍(lán)色。

酸中毒耐受的 PDAC 細(xì)胞增殖能力增強(qiáng)

研究表明，與對照細(xì)胞相比，適應(yīng)酸性微環(huán)境的結(jié)腸癌和宮頸癌細(xì)胞具有更快的生長速度。然而，目前尚不清楚慢性酸性微環(huán)境是否會影響 PDAC 細(xì)胞的增殖。CCK8實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， PANC-1-AA和SW1990-AA細(xì)胞的增殖明顯增加（圖3A和B）?？寺⌒纬蓪?shí)驗(yàn)也反映了類似的結(jié)果（圖3C-D)。

此外，作者比較了對照細(xì)胞和適應(yīng)酸性微環(huán)境的細(xì)胞的細(xì)胞周期。S期PANC-1-AA和SW1990-AA的細(xì)胞數(shù)量明顯多于PANC-1-NA和SW1990-NA細(xì)胞（圖3E和F）。相反，PANC-1-AA 和 SW1990-AA 細(xì)胞的凋亡少于 PANC-1-NA 和 SW1990-NA 細(xì)胞（圖3 G - H)。因此，適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞比對照細(xì)胞增殖能力更強(qiáng)，且凋亡減少。

圖3 | 適應(yīng)酸性環(huán)境的PDAC 細(xì)胞增殖增加

a)CCK8檢測PANC-1-AA/NA細(xì)胞中的細(xì)胞增殖。

b)CCK8檢測SW1990-AA/NA細(xì)胞中的細(xì)胞增殖。

c)酸性環(huán)境對PANC-1細(xì)胞克隆形成的影響。

d)酸性環(huán)境對SW1990細(xì)胞克隆形成的影響。

e)流式細(xì)胞術(shù)檢測PANC-1-AA細(xì)胞和對照細(xì)胞中細(xì)胞周期的變化。

f)流式細(xì)胞術(shù)檢測SW1990-AA細(xì)胞和對照細(xì)胞中細(xì)胞周期變化。

g)流式檢測適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞和對照細(xì)胞中細(xì)胞凋亡的情況。

MMP1 在適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞中顯著上調(diào)

作者通過微陣列芯片技術(shù)分析了PANC-1-NA和PANC-1-AA細(xì)胞的差異表達(dá)基因，并發(fā)現(xiàn)PANC-1-AA細(xì)胞中MMP1、ASIC2和NANOG的表達(dá)顯著上調(diào)，而LONRF2、BMP4和COL5A1的表達(dá)顯著降低。其中，變化最明顯的基因是MMP1（圖4A）。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 SLC2A12 在 PANC-1-AA 細(xì)胞中也表達(dá)增加，這意味著葡萄糖從糖酵解代謝轉(zhuǎn)向到PPP，后者為核酸、脂肪酸、甾醇、核苷酸和非必需氨基酸合成提供原料。GO分析顯示PANC-1-NA和PANC-1-AA細(xì)胞之間的主要區(qū)別在于細(xì)胞粘附和細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)基因（圖4B）。qPCR 和 WB 分析顯示 MMP1 的 mRNA 和蛋白質(zhì)水平在 PANC-1-AA 細(xì)胞和SW1990-AA 細(xì)胞中均增加（圖4 C 和 D）。

MMP1可以降解多種膠原蛋白和其他細(xì)胞外基質(zhì)。MMP1 表達(dá)水平在各種惡性腫瘤中增加，并與患者預(yù)后呈負(fù)相關(guān)。TCGA數(shù)據(jù)庫顯示，大多數(shù)癌組織中MMP1的表達(dá)明顯高于癌旁組織（圖4E）。然而，MMP1與胰腺癌的關(guān)系卻鮮有研究，尤其是與胰腺癌的酸性微環(huán)境之間的關(guān)系還尚不清楚。作者通過免疫組織化學(xué)檢測了 61 名 PDAC 患者組織中 MMP1 的表達(dá)（圖4 F），發(fā)現(xiàn) MMP1 的表達(dá)越高，病人預(yù)后越差（圖4G），MMP1的表達(dá)水平與腫瘤大小呈正相關(guān)（圖4H）。此外，生物信息學(xué)分析也說明MMP1的表達(dá)水平與腫瘤分期（圖4 I）和病人不良預(yù)后（圖4 J）相關(guān)。

臨床樣本的病理學(xué)特征顯示，MMP1 的高表達(dá)與酸性標(biāo)志物碳酸酐酶 9 (CA9) 以及酸敏感離子通道 ASIC1、ASIC2 相關(guān)（表1）。這些結(jié)果表明，適應(yīng)酸性環(huán)境的PDAC 細(xì)胞中MMP1的高表達(dá)與其侵襲能力相關(guān)。

圖4 | 適應(yīng)酸性環(huán)境的PDAC 細(xì)胞中 MMP1 表達(dá)水平升高

a)高通量微陣列芯片火山圖分析基因表達(dá)變化的情況。

b)高通量微陣列芯片GO分析結(jié)果。

c)qPCR檢測適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC 細(xì)胞和對照細(xì)胞中MMP1的轉(zhuǎn)錄水平。

d)WB檢測適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC 細(xì)胞和對照細(xì)胞中MMP1的蛋白水平。

e)通過TCGA數(shù)據(jù)庫分析多種腫瘤中MMP1 mRNA的表達(dá)。BLCA：膀胱尿路上皮癌；BRCA：浸潤性乳腺癌；CESC：宮頸鱗狀細(xì)胞癌；CHOL：膽管癌；COAD：結(jié)腸腺癌；ESCA：食管癌；GBM：多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤；HNSC：頭頸部鱗狀細(xì)胞癌；KICH：腎嫌色細(xì)胞癌；KIRC：腎透明細(xì)胞癌；KIRP：腎乳頭狀細(xì)胞癌；LIHC：肝細(xì)胞癌；LUAD：肺腺癌；LUSC：肺鱗狀細(xì)胞癌；PAAD：胰腺癌；PRAD：前列腺腺癌；PCPG：嗜鉻細(xì)胞瘤和副神經(jīng)節(jié)瘤；READ：直腸腺癌；SARC：肉瘤；SKCM：皮膚黑色素瘤；THCA：甲狀腺癌；THYM：胸腺瘤；STAD：胃腺癌；UCEC：子宮內(nèi)膜癌。

f)免疫組化檢測PDAC癌組織中MMP1的表達(dá)情況(n=61例患者)。標(biāo)尺為 200 μm（上圖）和 100 μm（下圖）。

g)MMP1的表達(dá)水平與PDAC 患者預(yù)后的關(guān)系(n=61 患者)。

h)MMP1表達(dá)水平與胰腺癌大小的關(guān)系。

i)通過TCGA數(shù)據(jù)庫分析MMP1的表達(dá)情況與PDAC分期的關(guān)系。

j)通過Kaplan-Meier數(shù)據(jù)庫分析MMP1表達(dá)水平與患者預(yù)后的關(guān)系。

?干擾MMP1的表達(dá)可抑制適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移

數(shù)據(jù)庫分析顯示，MMP1的表達(dá)與CA9、MCT1（單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1）和MCT4（單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4）等酸性標(biāo)志物呈正相關(guān)，提示MMP1與酸性微環(huán)境關(guān)系密切 。作者干擾MMP1的表達(dá)后（圖5A-B)，發(fā)現(xiàn)適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞侵襲能力明顯降低（圖5 C-D）。通過尾靜脈注射PDAC細(xì)胞建立小鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)移模型，結(jié)果顯示，與對照細(xì)胞相比，適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC 細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)，而敲低 MMP1后，PDAC-AA 細(xì)胞的體內(nèi)轉(zhuǎn)移受到了抑制（圖5 E - F）。因此，MMP1在適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮中重要作用。

圖5 | 敲除 MMP1抑制適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC 細(xì)胞轉(zhuǎn)移

a)qPCR和WB檢測干擾慢病毒對PANC-1中MMP1表達(dá)的抑制作用。mRNA 水平（左），蛋白質(zhì)水平（右）。

b)qPCR和WB檢測干擾慢病毒對SW1990中MMP1表達(dá)的抑制作用。mRNA 水平（左），蛋白質(zhì)水平（右）。

c)Transwell檢測敲低MMP1對PANC-1侵襲的影響。右下角的標(biāo)尺為 200 μm。

d)Transwell檢測敲低MMP1對SW1990侵襲的影響。右下角的標(biāo)尺為200 μm。

e）-f） H&E 染色檢測體內(nèi)轉(zhuǎn)移中肺轉(zhuǎn)移灶的情況。標(biāo)尺：100 倍放大倍率，200 μm；400 倍放大倍率，50 μm。

適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞中活化的YAP/TAZ 信號增加了MMP1的表達(dá)

為了探索酸性微環(huán)境中MMP1的調(diào)控機(jī)制，作者回顧了芯片結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Hippo信號通路發(fā)生了顯著變化（圖6A）。作者檢測了 Hippo 通路關(guān)鍵分子 YAP 和 TAZ 的表達(dá)和活化情況。結(jié)果顯示，PANC-1-AA和SW1990-AA細(xì)胞中YAP和TAZ的表達(dá)水平顯著高于PANC-1-NA和SW1990-NA細(xì)胞（圖6B）。已知，當(dāng) YAP/TAZ 被磷酸化時(shí)，它們的活性則受到抑制。非磷酸化的 YAP/TAZ 作為共轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核，與 TEA 結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子 (TEADs) 結(jié)合，促進(jìn)癌基因轉(zhuǎn)錄。因此，作者選擇 YAP/TAZ 抑制劑 ML-7 來阻斷它們的活性。用ML-7處理后，PANC-1-AA和SW1990-AA細(xì)胞中YAP和TAZ的活化水平以及MMP1和Snail的表達(dá)均顯著降低（圖6C ）。劃痕和Transwell 分析顯示ML-7降低了PANC-1-AA 和 SW1990-AA 細(xì)胞的遷移與侵襲能力（圖6 D-E）。此外，與NA細(xì)胞相比，YAP/TAZ抑制劑還顯著抑制適應(yīng)酸性微環(huán)境細(xì)胞的增殖（圖6F）。

通過數(shù)據(jù)庫預(yù)測，作者發(fā)現(xiàn)在 MMP1 的啟動子區(qū)域有一個(gè)YAP/TAZ 效應(yīng)分子TEAD4 的結(jié)合位點(diǎn)（圖6G）。作者用AMPK 激活劑 MK8722 處理 PDAC 細(xì)胞，可以顯著下調(diào) YAP 和 MMP1的表達(dá)（圖6 H），且有效減少YAP的核轉(zhuǎn)位（圖6 I）。以上結(jié)果表明AMPK可以通過抑制Hippo下游信號YAP/TAZ減少M(fèi)MP1的表達(dá)。

圖6 | Hippo通路的失活介導(dǎo)了酸中毒耐受細(xì)胞中MMP1過表達(dá)

a)差異表達(dá)基因的KEGG分析表明，Hippo通路適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞中發(fā)生了顯著變化。

b)WB檢測適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞和對照細(xì)胞中YAP和TAZ的蛋白表達(dá)水平。

c)在PANC-1和SW1990中用10 μM YAP/TAZ抑制劑ML-7處理24小時(shí)后，WB 檢測 YAP、MMP1 和 Snail 的蛋白表達(dá)水平。

d)在PANC-1和SW1990中用 YAP/TAZ 抑制劑 ML-7處理24小時(shí)后，transwell檢測細(xì)胞侵襲的變化。

e)在PANC-1和SW1990中用 YAP/TAZ 抑制劑 ML-7處理24小時(shí)后，劃痕實(shí)驗(yàn)檢測細(xì)胞遷移的變化。

f)用ML-7處理后，CCK8檢測細(xì)胞的增殖情況。

g)TEADs和MMP1啟動子之間的結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測。

h)在PANC-1和SW1990細(xì)胞中用1 μM AMPK抑制劑MK8722處理24小時(shí)后，WB檢測 p-AMPK、AMPK、YAP、MMP1 蛋白表達(dá)水平。

i)免疫熒光檢測YAP的表達(dá)和核轉(zhuǎn)位情況。標(biāo)尺為75μm。

酸性微環(huán)境促進(jìn)PDAC進(jìn)展的機(jī)制假說

在適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC 細(xì)胞中，葡萄糖通過 GLUT12 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入細(xì)胞，增加葡萄糖 6 磷酸 (G6P) 和磷酸戊糖途徑 (PPP)，從而影響氨基酸或磷脂酰膽堿 (PC)、鞘磷脂 (PS) 等代謝，升高ATP水平并抑制AMPK，從而通過AMOTL1激活YAP/TAZ。YAP/TAZ 易位進(jìn)入細(xì)胞核并與 TEAD4 結(jié)合，促進(jìn) MMP1 轉(zhuǎn)錄，增加 MMP1表達(dá)水平，導(dǎo)致 PDAC 細(xì)胞轉(zhuǎn)移和增殖。

圖7?| AFADESI-MSI成像技術(shù)研究Control組和DN組腎臟中L-卡尼汀及其衍生物的變化

研究結(jié)論

研究表明，由于高代謝活性和灌注不足，腫瘤細(xì)胞容易形成酸性微環(huán)境。適應(yīng)酸性微環(huán)境的腫瘤細(xì)胞通常表現(xiàn)出更強(qiáng)的侵襲性，這是通過酸誘導(dǎo)的細(xì)胞運(yùn)動、細(xì)胞外基質(zhì)降解、免疫反應(yīng)降低和信號通路的改變來實(shí)現(xiàn)的，但其具體調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明。該研究表明，在適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞中，糖酵解被顯著抑制，而細(xì)胞內(nèi)ATP、葡萄糖和其他代謝物增加。這種代謝重編程導(dǎo)致 AMPK活性降低。有趣的是，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 SLC2A12 (GLUT12)在適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC 細(xì)胞中也表達(dá)增多，這一證據(jù)表明，適應(yīng)酸性微環(huán)境的細(xì)胞能吸收更多的葡萄糖來促進(jìn)它們發(fā)展。

盡管在適應(yīng)酸性微環(huán)境的 PDAC 細(xì)胞中葡萄糖含量升高，但由于糖酵解的多種中間產(chǎn)物減少，說明糖酵解途徑減弱。PPP是葡萄糖分解代謝的另一種方式。PPP 能夠運(yùn)用G6P 生成 F6P 和甘油醛 3-磷酸 (G3P)。PPP 提供 NADPH 和 R5P 而不是 ATP。這兩種代謝物對細(xì)胞存活和增殖至關(guān)重要，已有研究表明PPP可增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞的化學(xué)抗性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者提出適酸性PDAC細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)向PPP代謝途徑。

AMPK 被認(rèn)為是抑制癌癥的代謝傳感器，可以啟動一系列下游途徑，包括 Hippo。作者發(fā)現(xiàn)在適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC 細(xì)胞中AMPK受到抑制，而Hippo 通路效應(yīng)分子 YAP 和 TAZ卻被顯著激活，進(jìn)而促進(jìn)MMP1的表達(dá)。該研究揭示了酸性微環(huán)境中MMP1的調(diào)控機(jī)制，豐富了酸性微環(huán)境對MMP家族調(diào)控的研究。

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通過建立適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞模型，作者使用非靶代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)隨著細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的增加，糖酵解減少，戊糖磷酸途徑 (PPP) 代謝發(fā)生轉(zhuǎn)變；并同時(shí)聯(lián)合芯片轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，發(fā)現(xiàn)這轉(zhuǎn)變過程中關(guān)鍵基因MMP1和Hippo 信號傳導(dǎo)基因表達(dá)的變化情況。這項(xiàng)研究運(yùn)用多組學(xué)技術(shù)聯(lián)合揭示了酸適應(yīng)過程中關(guān)鍵的代謝和轉(zhuǎn)錄特征。

這項(xiàng)研究首次表明，轉(zhuǎn)向PPP的代謝重編程可以通過AMPK/YAP/MMP1軸促進(jìn)適應(yīng)酸性微環(huán)境的PDAC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和增殖，研究豐富了酸性環(huán)境促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的機(jī)制。

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