Elesclomol

▎药明康德内容团队编辑   在那些倾向于通过线粒体代谢来获取能量的细胞中，过量的铜离子会直接与三羧酸（TCA）循环中的硫辛酰化蛋白结合，导致这些蛋白发生聚集、Fe-S簇蛋白降解，以及最终的蛋白毒性应激和细胞死亡。这种由铜离子介导的细胞死亡过程被称为铜死亡（cuproptosis）。 肿瘤抑制因子p53在维持细胞代谢稳态方面发挥重要作用。2023年，周祥团队提出观点，认为铜死亡可能是一种由p53调节的代谢性细胞死亡方式。首先，p53抑制糖酵解过程。周祥团队早期发现p53通过激活CMBL抑制磷酸果糖激酶PFKP。p53还能够促进乙酰辅酶A和谷氨酸的生成，为TCA循环提供原料。此外，p53参与Fe-S簇蛋白和谷胱甘肽（GSH，天然的铜离子螯合剂）的合成。尽管p53与铜死亡之间可能存在复杂的、甚至看似矛盾的相关性，但是关于p53是否以及如何调节铜死亡过程，尚缺乏确凿的证据。 近日，复旦大学生物医学研究院/附属肿瘤医院周祥团队与南昌大学第一附属医院熊建萍/邓军团队在Molecular Cell期刊上发表研究论文，首次揭示p53促进肿瘤细胞铜死亡的现象及分子机理，并证实了p53激动剂和铜死亡诱导剂的协同抗肿瘤效应。 研究团队首先利用全转录组表达芯片筛选可能受p53调控的环状RNA，接着通过ChIP和荧光素酶实验等方法证实p53能够转录激活FRMD4A基因从而促进circFRMD4A的表达。同时，RNA结合蛋白EWSR1在circFRMD4A的反向剪接过程中发挥了重要作用。研究者还评估了circFRMD4A在临床样本中的表达。结果显示circFRMD4A在结直肠癌组织中的表达水平较低，且这种低表达与更晚的T分期和淋巴结转移显著相关，提示总体生存预后较差。细胞和动物实验结果表明，circFRMD4A能够抑制结直肠癌和乳腺癌的进展。值得注意的是，研究者还发现p53的激活或circFRMD4A的过表达增强了结直肠癌和乳腺癌细胞对铜离子载体Elesclomol的敏感性。此外，p53激动剂与Elesclomol的协同作用能有效抑制癌细胞生长，这一发现在动物实验中得到了验证。 随后，研究者对circFRMD4A发挥抑癌功能的潜在分子机制进行了深入探究。他们使用生物素标记的RNA探针进行RNA-pull down实验结合质谱分析，并通过一系列生化和细胞生物学实验发现，circFRMD4A能够与丙酮酸激酶PKM2结合，并抑制其形成具有活性的四聚体结构。PKM2催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）转化为丙酮酸，这是糖酵解过程的最后一步，对肿瘤细胞的存活、生长和转移具有至关重要的作用。PKM2活性的增强可导致糖酵解的加速及肿瘤的发生发展，而PKM2的失活能够减缓糖酵解，从而抑制肿瘤的生长和转移。此外，PKM2失活还可能导致糖酵解代谢流向TCA循环的转移——这被认为是细胞对铜死亡是否敏感的一个前提条件。研究者利用碳13同位素示踪法进一步证实，circFRMD4A可以通过调节PKM2的活性来抑制丙酮酸和乳酸的产生，导致PEP的积累以及线粒体柠檬酸的上调。这些研究结果解释了circFRMD4A如何抑制癌细胞的生长和迁移，并增强它们对铜死亡诱导剂的敏感性。 ▲研究示意图（图片来源：原始论文[1]） 综上所述，该研究鉴定了一个受p53调控的全新环状RNA——circFRMD4A，它与PKM2结合并抑制其活性，将糖酵解代谢流导向TCA循环，从而抑制肿瘤进展，并增强癌细胞对铜死亡的敏感性。研究结果还证实，联合使用p53激动剂APG-115或Nutlin-3与铜离子载体Elesclomol，能够协同抑制癌细胞在小鼠体内生长，为携带野生型p53的肿瘤提供了潜在的联合治疗策略。 复旦大学生物医学研究院/附属肿瘤医院周祥研究员、复旦大学附属肿瘤医院郝茜博士和南昌大学第一附属医院熊建萍教授为该论文的共同通讯作者。南昌大学第一附属医院廖全博士和邓军主任医师、复旦大学附属肿瘤医院博士生仝静和博士后甘雨为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了复旦大学雷群英教授团队的大力支持。 专家点评 卢华（美国杜兰大学医学院生物化学与分子生物学系教授、系主任，转化肿瘤学Reynolds and Ryan Families Chair冠名教授，主要从事p53信号调控机制与转化研究） 抑癌基因TP53自从1979年被发现以来，一直是肿瘤研究的热点。p53蛋白可通过阻滞细胞周期进程和修复DNA损伤来防止肿瘤的发生。更重要的是，p53能够诱导多种形式的细胞程序性死亡途径，从而消灭肿瘤细胞。1991年，Moshe Oren实验室首次报道p53的促凋亡功能。在之后的研究中，p53还被证实能够调控坏死性凋亡、焦亡、铁死亡、自噬相关的细胞死亡、parthanatos和paraptosis等。最近研究发现，铜死亡是铜离子通过靶向三羧酸循环的硫辛酰化蛋白而导致的细胞死亡方式。尽管p53的代谢调节功能与铁死亡、自噬性细胞死亡和parthanatos等细胞程序性死亡密切相关，但目前尚不清楚p53是否也能调节铜死亡过程。 很有意思的是，复旦大学周祥团队在Molecular Cell发表的最新研究首次揭示了p53与铜死亡的关系，并且详细阐述了p53如何通过激活环状RNA抑制PKM2活性，进而推动三羧酸循环，最终增强肿瘤细胞对铜死亡的敏感性。三羧酸循环是细胞内糖类、脂类和氨基酸代谢联系的枢纽，其重要性不言而喻。越来越多的证据表明，p53在上述这些代谢过程中发挥了重要调控作用。尤其是近年来，人们发现肿瘤细胞对营养物质的感知和响应对肿瘤的进展和治疗有着深远的影响。作为关键的应激因子，p53在感知营养物质变化、调节代谢应激反应以及触发代谢性细胞死亡等方面仍有许多未知领域待探索。该研究不仅更新了我们对p53调控细胞死亡分子机理的认识，而且对于研究肿瘤代谢与细胞程序性死亡的关系具有重要的启发意义。 顾伟（美国纽约哥伦比亚大学Abraham and Mildred Goldstein讲席教授，主要从事p53和p53乙酰化在肿瘤抑制中的功能研究） 抑癌因子p53的失活是肿瘤形成的关键因素，因此，探索p53在肿瘤抑制中的精准调节机制一直是肿瘤领域的研究热点。p53在应激反应和肿瘤抑制中主要通过细胞周期阻滞、衰老和凋亡三种经典功能发挥作用。自2015年我们团队首次发现p53通过转录抑制胱氨酸/谷氨酸转运蛋白SLC7A11的表达增强铁死亡敏感性来抑制肿瘤发生之后（PMID: 25799988），越来越多的研究证明，即使p53缺失这三种经典活性，依然能够通过促进铁死亡抑制肿瘤形成。2022年Tsvetkov等研究发现铜死亡是一种通过铜离子与硫辛酰化的三羧酸循环蛋白直接结合而发生并依赖线粒体代谢的细胞死亡方式。然而，p53是否也能够通过调节铜死亡发挥肿瘤抑制的作用尚未有明确的研究。 复旦大学周祥团队发表在Molecular Cell的研究首次阐明p53能够通过促进铜死亡抑制肿瘤生长。机制上，该研究发现p53通过促进circFRMD4A的表达来抑制其结合蛋白PKM2的活性，导致糖酵解代谢流向三羧酸循环转移，从而增强铜死亡的敏感性。联合使用p53激动剂与铜离子载体Elesclomol能够协同抑制肿瘤生长。该研究揭示了p53在维持细胞代谢稳态中的关键作用。一方面，p53通过抑制糖酵解来限制肿瘤细胞的快速增殖；另一方面，它还能通过增强线粒体代谢来提高细胞的适应性生存能力。而细胞内铜离子的积累恰好能打破p53维持的这种代谢平衡，进而驱动肿瘤细胞发生铜死亡。该研究进一步拓展了p53抑制肿瘤的分子理论，可能为未来肿瘤治疗提供更多的干预方案。 封面图来源：123RF 原始论文： [1] Liao, Q., et al., p53 induces circFRMD4A to suppress cancer development through glycolytic reprogramming and cuproptosis. Molecular Cell (2024). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.molcel.2024.11.013 参考文献： [1] Tsvetkov, P., et al., Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins. Science, 2022. 375(6586): p. 1254-1261. [2] Xiong, C., et al., Cuproptosis: p53-regulated metabolic cell death? Cell Death Differ, 2023. 30(4): p. 876-884. [3] Huang, Y., et al., p53-responsive CMBL reprograms glucose metabolism and suppresses cancer development by destabilizing phosphofructokinase PFKP. Cell Rep, 2023. 42(11): p. 113426. [4] Hu, W., et al., Glutaminase 2, a novel p53 target gene regulating energy metabolism and antioxidant function. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010. 107(16): p. 7455-60. [5] Hwang, P.M., et al., Ferredoxin reductase affects p53-dependent, 5-fluorouracil-induced apoptosis in colorectal cancer cells. Nat Med, 2001. 7(10): p. 1111-7. [6] Jiang, L., et al., Ferroptosis as a p53-mediated activity during tumour suppression. Nature, 2015. 520(7545): p. 57-62. [7] Hay, N., Reprogramming glucose metabolism in cancer: can it be exploited for cancer therapy? Nat Rev Cancer, 2016. 16(10): p. 635-49. 本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。 免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。 更多推荐 点个“在看”再走吧~

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Jerry 导读： 奥希替尼（Osi）是一种广泛使用的表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI）。然而，产生耐药性是不可避免的，部分原因是在初始治疗期间，适应性耐药细胞会逐渐进化。 5月17日，南京医科大学等研究团队合作在期刊《Nature Communications》上发表了研究论文，题为“Ferritinophagy mediates adaptive resistance to EGFR tyrosine kinase inhibitors in non-small cell lung cancer”。本研究中，研究人员发现Osi调节肿瘤细胞的适应性耐药，适应性耐药的肿瘤细胞通过上调NCOA4和铁硫蛋白降解来维持线粒体呼吸链中的铁硫簇（ISC）合成。 研究人员测试了Osi与铜离子载体在体外和体内的联合治疗效果，观察到联合疗法显著抑制了EGFR-TKIs适应性耐药的产生。这为Osi联合治疗提供了新的可能性。 https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41467-024-48433-8#Sec10 研究背景 01 表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(EGFR- tkis)已成为晚期EGFR突变非小细胞肺癌(NSCLC)患者的一线治疗药物。然而，EGFR-TKIs的临床疗效受到耐药性出现的限制。研究表明，肿瘤细胞在初始治疗时对药物的适应性耐药、耐药持久性(DTP)和肿瘤细胞在长期药物应激下的基因组不稳定性是介导不可逆耐药出现的桥梁。这些细胞是耐药肿瘤产生的储存库。尽管肿瘤细胞对药物的适应性耐药是获得耐药性的关键步骤，但人们对这一过程与EGFR-TKIs的关系知之甚少。 代谢重编程是癌细胞的一个标志性特征，是肿瘤在不同环境中生长和生存所必需的。研究表明，代谢重编程是在药物诱导的压力下发生的，其中能量代谢是最受影响的。一些研究人员曾提出，由于癌细胞在有氧条件下经常发酵葡萄糖，因此线粒体呼吸缺陷可能是癌症的潜在原因。然而，尽管肿瘤细胞倾向于有氧糖酵解，但线粒体功能在癌症中往往上调，线粒体生物发生和质量控制是常见的现象。此外，耐药肿瘤细胞更倾向于氧化磷酸化（OXPHOS），这是一种在线粒体中发生的过程，可产生大量ATP。已进行了多项临床试验，以测试抑制线粒体代谢作为新兴癌症治疗方法的有效性。因此，了解适应性耐药EGFR-TKIs的代谢重编程至关重要。 研究进展 02 研究人员将带有荧光素酶标记的NCOA4野生型或敲除H1975细胞植入免疫缺陷小鼠的肺部，并在手术后通过BLI确认了植入。将这些小鼠随机分为三组，分别给予安慰剂、Osi或Osi联合Elesclomol治疗，并每10天通过BLI测量肿瘤的大小。结果显示，在Osi治疗下，NCOA4敲除显著减少了肿瘤生长，这与之前的发现一致。Osi联合伊利司莫的联合治疗也显著抑制了NCOA4野生型和敲除肿瘤细胞的生长。此外，接受Osi联合伊利司莫治疗的小鼠的总生存期最长。与之前的皮下肿瘤动物模型一致，在接受Osi联合伊利司莫治疗的小鼠中未观察到额外的毒性。对小鼠肺部肿瘤的IHC分析显示，Osi和伊利司莫联合治疗显著降低了细胞内ISC水平，并增加了肿瘤细胞的凋亡。 最后，研究人员验证了NCOA4表达与接受奥希治疗的肺癌患者客观缓解率（ORR）降低和无进展生存期（PFS）缩短之间的相关性。为了验证实验发现，研究人员对40例EGFR突变的肺癌患者在接受奥希治疗前获取的组织标本进行了NCOA4免疫组织化学染色。数据表明，奥希治疗导致了由NCOA4介导的适应性耐药，激活了铁蛋白降解来维持ISC蛋白质合成和适应性耐药细胞的有氧磷酸化。 然而，观察到适应性耐药细胞对铜离子的敏感性增强，将Osi与低浓度的铜离子载体联合治疗可显著抑制肿瘤细胞的适应性耐药。 铜离子载体联合治疗可提高奥希替尼的疗效 研究结论 03 总之，本研究结果表明，NCOA4调节铁蛋白自噬和OXPHOS导致对EGFR-TKIs的适应性耐药的机制。铜离子螯合剂的联合使用可以显著提高EGFR-TKIs的初始疗效。这些数据支持将EGFR-TKIs与铜离子螯合剂结合作为一种策略，以提高初始响应率并扩大具有EGFR突变的NSCLC患者的获益。 参考资料： https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41467-024-48433-8#Sec10 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 上海｜06月14日-16日 ▶ 第六届上海国际癌症大会将于6月14-16日在上海举办，学科交叉，共同推进肿瘤研究与诊治多模态！ 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情