摘要：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的新機(jī)制,?為代謝異質(zhì)性（Heterogeneity）在腫瘤轉(zhuǎn)移中的研究打開(kāi)新方向，或有機(jī)會(huì)成為新的靶點(diǎn)

癌癥是人類醫(yī)學(xué)亟待解決的難題，腫瘤轉(zhuǎn)移的形成是許多癌癥患者死亡的主要原因?？茖W(xué)家們對(duì)癌細(xì)胞播種和定植的機(jī)制進(jìn)行了廣泛深入的研究，但對(duì)熱門靶點(diǎn)探索的競(jìng)爭(zhēng)較激烈，為此可能造成研究資源的浪費(fèi)，也不易獲得新的突破。從代謝的角度研究腫瘤轉(zhuǎn)移的機(jī)制，對(duì)于大多數(shù)研究者來(lái)說(shuō)是相對(duì)新穎的思路。

據(jù)已有研究報(bào)道，癌癥的轉(zhuǎn)移需要瞬時(shí)激活細(xì)胞程序，使其能夠播散和種植到遠(yuǎn)處的器官。腫瘤在基因轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上的異質(zhì)性支持了癌細(xì)胞的可塑性，動(dòng)態(tài)地改變其表型狀態(tài)，推動(dòng)了轉(zhuǎn)移的進(jìn)展。但目前對(duì)于代謝異質(zhì)性在癌細(xì)胞新陳代謝中的作用研究較少。

代謝與腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)系可概括為：細(xì)胞代謝支持腫瘤在原發(fā)和繼發(fā)部位的生長(zhǎng)，并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞在血流和遠(yuǎn)處的器官中存活。在原發(fā)性腫瘤中癌細(xì)胞異質(zhì)性代謝是否是細(xì)胞轉(zhuǎn)移差異的基礎(chǔ)，仍需要深入闡明。

近日，來(lái)自比利時(shí)魯汶大學(xué)癌癥生物學(xué)中心（VIB-KU）的Sarah-Maria Fendt帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)取得顯著成果，他們發(fā)現(xiàn)代謝酶磷酸甘油酸脫氫酶?(PHGDH)的催化活性促進(jìn)癌細(xì)胞增殖，但PHGDH蛋白的低表達(dá)非催化性地增強(qiáng)了癌癥的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移形成，即PHGDH的異質(zhì)性增強(qiáng)了癌細(xì)胞的傳播和轉(zhuǎn)移能力。相關(guān)研究成果已發(fā)表在Nature期刊上。

這項(xiàng)研究成果為代謝酶磷酸甘油酸脫氫酶(PHGDH)的異質(zhì)性作為腫瘤侵襲性的標(biāo)志提供了理論依據(jù)，同時(shí)促進(jìn)了對(duì)代謝異質(zhì)性在腫瘤轉(zhuǎn)移中的進(jìn)一步研究。

首先，研究人員在浸潤(rùn)性乳腺導(dǎo)管癌（TNBC）患者中發(fā)現(xiàn)PHGDH的表達(dá)具同質(zhì)性且水平較高時(shí)更易發(fā)生原發(fā)性腫瘤，但有趣的是，其發(fā)生轉(zhuǎn)移的可能性低于PHGDH異質(zhì)性或低表達(dá)的腫瘤。即PHGDH蛋白的異質(zhì)性和低表達(dá)預(yù)示著TNBC患者的腫瘤轉(zhuǎn)移。

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PHGDH蛋白表達(dá)的降低是否會(huì)增加癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移？在乳腺癌小鼠模型中，研究人員分析了三種TNBC PDX小鼠模型的循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）中PHGDH蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)CTCs和早期轉(zhuǎn)移病灶富含PHGDH蛋白低表達(dá)的癌細(xì)胞，在原發(fā)腫瘤中沉默PHGDH會(huì)更容易發(fā)生轉(zhuǎn)移。接下來(lái)，研究人員通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PHGDH的沉默增加了遷移和侵襲以及癌細(xì)胞可塑性的分子標(biāo)記。因此，PHGDH可以調(diào)節(jié)體外癌細(xì)胞的遷移和侵襲。

為了進(jìn)一步確定PHGDH在腫瘤轉(zhuǎn)移中的潛在機(jī)制，研究人員用基因集富集分析（GSEA）比較PHGDH沉默的4T1腫瘤細(xì)胞和對(duì)照組的RNA-seq和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，以及來(lái)自與Bend3內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)的4T1和EMT6.5細(xì)胞的RNA-seq數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)尤其與整合素αvβ3功能相關(guān)。使用阻斷抗體抑制整合素αvβ3功能，發(fā)現(xiàn)抑制了PHGDH沉默組4T1?和?EMT6.5?細(xì)胞侵襲，但不影響對(duì)照組。因此得出結(jié)論，低?PHGDH?表達(dá)通過(guò)整合素αvβ3功能誘導(dǎo)細(xì)胞侵襲。

已知增加整合素αvβ3的唾液酸化會(huì)增強(qiáng)細(xì)胞遷移和侵襲。唾液酸是由己糖胺-唾液酸途徑產(chǎn)生的，該途徑屬于糖酵解分支。因此進(jìn)行假設(shè)：己糖胺-唾液酸途徑是由PHGDH沉默導(dǎo)致整合素αvβ3唾液酸化增加而誘導(dǎo)的。

研究人員從4T1細(xì)胞中分離了所有β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖蛋白以及唾液酸相關(guān)的蛋白，并對(duì)整合素β3亞單位αvβ3進(jìn)行了免疫印跡分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在PHGDH沉默的細(xì)胞中表達(dá)了更多的整合素β3，糖基化程度更高。通過(guò)沉默N-酰神經(jīng)氨酸胞苷轉(zhuǎn)移酶來(lái)阻斷己糖胺-唾液酸途徑，阻止了PHGDH沉默的4T1細(xì)胞中整合素β3糖基化的增加。因此得出了結(jié)論：氨基己糖-唾液酸途徑將低表達(dá)的PHGDH與整合素αvβ3唾液酸化偶聯(lián)。

那么PHGDH的沉默如何具體影響己糖胺-唾液酸途徑？

研究人員在定位和動(dòng)態(tài)13C6-葡萄糖示蹤的基礎(chǔ)上評(píng)估了磷酸果糖激酶（PFK）的活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在PHGDH沉默后，更少的磷酸果糖激酶PFKP位于肌動(dòng)蛋白細(xì)絲，PFK活性降低。因此得出結(jié)論，PHGDH與PFKP相互作用，PHGDH沉默后，PFK活性降低。

接下來(lái)將PHGDH沉默的細(xì)胞(表達(dá)Dendra)和PHGDH沉默的細(xì)胞(過(guò)度表達(dá)野生型或非催化活性的PHGDH (表達(dá)mCerulean))的混合物注射到小鼠的乳房脂肪墊中，并進(jìn)行活體成像。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在每個(gè)成像區(qū)域，過(guò)量表達(dá)野生型或非催化活性PHGDH的PHGDH沉默細(xì)胞顯示出比對(duì)照PHGDH沉默細(xì)胞更少位移。同時(shí)，與對(duì)照4T1細(xì)胞相比，來(lái)自PHGDH沉默的4T1細(xì)胞的腫瘤，而不是那些過(guò)表達(dá)催化失活或野生型PHGDH的4T1細(xì)胞的腫瘤，顯示出早期肺轉(zhuǎn)移灶的數(shù)量增加。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，研究人員得出結(jié)論，PHGDH蛋白的沉默，而不是其催化功能的喪失，推動(dòng)了癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。

?因此可以推測(cè)出?PHGDH?的“兼職”功能：1.?穩(wěn)定結(jié)合PFK；2.?確保在PFK下游持續(xù)供應(yīng)絲氨酸合成所必需的糖酵解中間體3-磷酸甘油酸（3PG）。

總而言之，在本研究中研究者首次發(fā)現(xiàn)PHGDH與PFKP相互作用，并且這種相互作用的喪失激活了己糖胺-唾液酸途徑，該途徑為蛋白質(zhì)糖基化提供了前體。因此，PHGDH的低表達(dá)會(huì)發(fā)生異常的蛋白質(zhì)糖基化，包括增加整合素αvβ3的唾液酸化。雖然PHGDH的催化活性促進(jìn)癌細(xì)胞增殖，但低PHGDH蛋白表達(dá)以非催化的方式增強(qiáng)了癌細(xì)胞的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移形成。因此，原發(fā)性腫瘤中PHDGH異質(zhì)性的存在可以被認(rèn)為是腫瘤侵襲性的標(biāo)志。

更廣泛地說(shuō)，是否可以在腫瘤治療上利用代謝異質(zhì)性仍有待探索。如果?PHGDH?水平高的細(xì)胞依賴于它們制造絲氨酸的能力，而?PHGDH?水平低的細(xì)胞依賴于從細(xì)胞外獲得的絲氨酸，那么將PHGDH?作為腫瘤治療的可能靶點(diǎn)，即PHGDH抑制劑和絲氨酸饑餓的方法可能會(huì)協(xié)同作用以消除增殖和侵襲性癌細(xì)胞。