胰腺導管腺癌(PDAC)是最致命的惡性腫瘤之一，5年生存率為11%。近期研究發(fā)現(xiàn)代謝重編程被認為是一種新的化療耐藥機制，但胰腺導管腺癌(PADCs)的代謝特征仍不清楚。

2023年8月，中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心高棟、陳洛南、楊巍維、海軍軍醫(yī)大學金鋼及中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所尹慧勇教授共同署名在Cell Reports Medicine上發(fā)表題為“Metabolic classification suggests the GLUT1/ALDOB/G6PD axis as a therapeutic target in chemotherapy-resistant pancreatic cancer”的研究文章，該研究基于代謝組數(shù)據(jù)對PDAC類器官進行了新的分型，分為glucomet-PDAC(高糖代謝水平)和lipomet-PDAC(高脂代謝水平)，發(fā)現(xiàn)glucomet-PDACs比lipomet-PDACs對化療的抵抗力更強，且患者的預后更差，確定了GLUT1/醛縮酶B（ALDOB）/葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）軸通過重塑葡萄糖代謝誘導化療耐藥性。中科新生命參與了該研究中能量代謝檢測的技術支持工作。

?研究材料

人 PDAC類器官

?技術路線

步驟1：胰腺導管腺癌類器官的深部代謝景觀

步驟2：鑒別具有預后意義和治療意義的代謝亞型

步驟3：化療耐藥glucomet-PDAC依賴于GLUT1/ALDOB/G6PD軸

步驟4：GLUT1/ALDOB/G6PD軸是化療耐藥glucomet-PDAC的潛在靶點

?主要結(jié)果

1. PDAC的代謝譜分析以及基于代謝組的分子分型

基于代謝組學表征28例患者來源的PDAC類器官的代謝譜，發(fā)現(xiàn)，這些差異代謝物被聚類為兩種最佳代謝亞型。ssGSEA分析發(fā)現(xiàn)Class2類器官的特征是碳水化合物代謝、能量代謝和核苷酸代謝顯著富集，表明葡萄糖代謝增加；然后使用[U-13C6]葡萄糖標記發(fā)現(xiàn)Class2糖酵解和三羧酸(TCA)循環(huán)的代謝通量顯著增加；此外，氧化戊糖磷酸途徑(PPP)代謝物G6P、6PG和R5P在Class2類器官中高度富集，而非氧化PPP代謝物S7P和E4P則不富集，表明在Class2類器官中存在葡萄糖代謝重編程。由此，將Class2類器官命名glucomet-PDAC(高糖代謝)。

Class1的特點是脂質(zhì)代謝相對豐富，然后通過三種方式驗證了Class1的脂質(zhì)代謝依賴性，首先，基于脂質(zhì)組學發(fā)現(xiàn)所有顯著差異的脂質(zhì)都在第Class1中富集；其次，Class1的耗氧率高于glucomet-PDAC；且Class1對脂肪酸合酶抑制劑和氧化磷酸化抑制劑更為敏感。因此，Class1類器官被稱為lipomet-PDAC(高脂代謝)。

除此之外，作者還系統(tǒng)的分析了PDAC的基因組和轉(zhuǎn)錄組譜，來確定PDAC代謝重編程的分子機制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，glucomet-PDAC和lipomet-PDAC具有相似的基因突變譜。并根據(jù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)lipomet-PDAC中相應的脂質(zhì)代謝和聚糖生物合成相關基因的表達增加，glucomet-PDAC中與糖代謝相關的基因(缺氧誘導因子-1 [HIF-1]信號通路和癌癥中樞碳代謝)的表達增加，結(jié)果與代謝物水平的差異一致。

綜上，代謝組和轉(zhuǎn)錄組將PDAC分為glucomet-PDAC和lipomet-PDAC兩個亞型！

2. 判斷兩種亞型的預后和化療耐藥的異質(zhì)性

作者進一步分析代謝亞型的預后意義和治療意義。將代謝亞型與臨床結(jié)果關聯(lián)，根據(jù)代謝特征基因的表達將Bailey PDAC隊列(n = 55例)和TCGA PDAC隊列(n = 156例)分為兩個亞型。在這兩個隊列中，glucomet-PDAC患者的總生存率明顯低于lipomet-PDAC。然后使用吉西他濱(GEM)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、伊立替康(IRI)和奧沙利鉑(OXA)(四種通過抑制DNA合成起作用的化療藥物)進一步評估兩種亞型的化療敏感性，結(jié)果顯示，glucomet-PDAC通常比lipomet-PDAC類器官的耐藥性更強。

表明，glucomet-PDAC具有化療耐藥性，且與較差的預后相關！

3. 預后標志物確認

代謝組和轉(zhuǎn)錄組結(jié)果提示了PDAC的葡萄糖重編程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)糖酵解代謝基因、葡萄糖轉(zhuǎn)運體GLUT1(也稱為SLC2A1)的表達在glucomet-PDAC中上調(diào)。GLUT1敲低顯著降低[U-13C6]葡萄糖在糖酵解和TCA循環(huán)中的摻入，GLUT1敲低的類器官顯示出細胞外酸化率(ECAR)的降低。

有趣的是lipomet-PDAC中糖酵解代謝酶ALDOB的表達升高，能量代謝檢測揭示，糖酵解途徑中的四種代謝物在glucomet-PDAC中明顯高于lipomet-PDAC。ALDOB過表達顯著降低了[U-13C6]葡萄糖在糖酵解和TCA循環(huán)中的摻入，也導致glucomet-PDAC類器官的基礎糖酵解和代償性糖酵解顯著降低。

glucomet-PDAC中氧化PPP代謝物水平和G6PD酶活性升高；ALDOB過表達顯著抑制G6PD酶活性，降低PPP氧化代謝物水平；此外，在ALDOB過表達條件下，GLUT1敲低進一步抑制磷酸戊糖氧化途徑途徑；采用免疫沉淀分析法，進一步確定了ALDOB是通過直接與G6PD作用從而抑制其活性。

進一步對156名來自TCGA的更大隊列患者進行結(jié)果驗證，GSEA分析發(fā)現(xiàn)低GLUT1高ALDOB (GLUT1low/ALDOB high)組脂肪酸代謝途徑基因顯著富集，PPP代謝和糖酵解途徑基因則相反。對具有完整臨床數(shù)據(jù)的患者樣本(n = 283)進行了組織微陣列(TMA)分析，以評估GLUT1/ALDOB蛋白表達與臨床結(jié)果之間的關系，Kaplan-Meier分析發(fā)現(xiàn)GLUT1high/ALDOBlow患者總生存期最差，而GLUT1low/ALDOBlow蛋白表達的患者總生存期最佳。這些結(jié)果表明glucomet-PDAC (GLUT1high/ALDOBlow)患者預后較差。

綜上，GLUT1/ALDOB/ G6PD軸在調(diào)節(jié)代謝重編程中發(fā)揮重要作用，從而促進葡萄糖進入glucomet-PDAC中的糖酵解、TCA循環(huán)和磷酸戊糖氧化途徑等通路。

4. 藥靶發(fā)現(xiàn)與干預

糖酵解和磷酸戊糖途徑通量的增加導致核苷生物合成的增加，包括嘧啶和嘌呤核苷的合成，它們是重要的耐藥誘導劑。glucomet-PDAC檢測到核苷和核苷衍生物水平升高，并與GLUT1高表達和ALDOB低表達相關；外源性添加嘧啶核苷，會誘導lipomet-PDAC類器官對GEM和5-FU的治療性耐藥性，但對glucomet-PDAC沒有影響；外源性嘧啶核苷和R5P的加入有效地挽救了glucomet-PDAC細胞中GLUT1敲低、ALDOB過表達或G6PD敲低誘導的藥物敏感性增加。然而，在GLUT1敲低的條件下，外源性嘌呤核苷的加入glucomet-PDAC的化療敏感性沒有影響。表明，GLUT1/ALDOB/G6PD軸通過調(diào)節(jié)葡萄糖代謝和嘧啶核苷水平介導胰腺癌細胞的化療耐藥。

添加GLUT1抑制劑BAY-876和G6PD抑制劑6AN均可能增強PDAC的化療反應。研究者進一步對5個化合物文庫(7098個化合物)進行了虛擬篩選，以尋找G6PD的候選抑制劑，確定了MLN8054 和alisertib兩種臨床級G6PD抑制劑，它們顯著提高了PDAC的化療反應。

以上表明，靶向GLUT1/ALDOB/G6PD軸聯(lián)合化療有可能提高PDAC患者的治療反應和生存率。

小結(jié)

該研究基于代謝組學數(shù)據(jù)提供了一種新的PDAC分型策略，并報道了GLUT1/ALDOB/ G6PD軸通過重塑glucomet-PDAC中的葡萄糖代謝誘導化療耐藥。這些結(jié)果為未來的藥物開發(fā)和臨床試驗提供了強有力的理論依據(jù)，旨在針對GLUT1/ALDOB/G6PD軸來克服代謝重編程驅(qū)動的化療耐藥。

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