ABHD6

*仅供医学专业人士阅读参考我们知道，肿瘤转移是导致癌症患者治疗失败和死亡的主要原因。然而癌细胞想要完成转移也并非轻而易举，以转移途径较多的卵巢癌为例，癌细胞先要从原发部位脱离，然后利用血液、淋巴系统以及腹膜扩散到身体的其他器官，在转移过程中还要顶住血管壁的机械压力，并克服到达转移器官后的适应障碍和被免疫系统发现等问题。因此，能实现成功转移的癌细胞普遍具有更强的运动能力和独特的代谢特征。脂类作为细胞基本组成成分，在生物体中扮演着多种重要角色，包括能量储存、细胞膜的构成、代谢调节等等。那么在癌细胞转移过程中，脂类又扮演了什么角色呢？它们是不是让癌细胞实现成功转移的关键呢？为了解答这一问题，近期，西湖大学/西湖实验室邹贻龙和王曦团队发表了一项重要研究成果。他们系统性地解析了支持卵巢癌细胞远端转移的代谢基础，并揭示了多不饱和脂肪酸（PUFA）在肿瘤转移不同阶段发挥的双重作用。具体来说，研究先是发现，与原发肿瘤相比，转移性卵巢癌细胞富含PUFA，随后进一步证实，在肿瘤转移早期阶段，PUFA磷脂合成酶ACSL4可通过调控PUFA代谢，来增强癌细胞的膜流动性和侵袭性，帮助癌细胞穿越血管壁并在目标器官中定植。而在转移的晚期阶段，高水平的PUFA会经由ECI1和ECH1基因介导的不饱和脂肪酸β-氧化通路，为癌细胞转移后生长提供能量。研究发表在著名期刊《细胞》上。论文首页截图为了找到那些擅长转移的癌细胞具有哪些特点，研究人员通过分析癌症转移图谱（MetMap）和癌症治疗反应门户网站（评估药物敏感性）中的数据，发现卵巢癌等具有高转移潜力的癌细胞对铁死亡诱导剂更敏感。鉴于铁死亡与脂质氧化有关，研究人员又对10名卵巢癌患者的原发和转移肿瘤细胞进行了脂质组学分析，结果显示，与原发肿瘤相比，转移性卵巢癌细胞中PUFA水平更高，单不饱和脂肪酸（MUFA）水平更低。这一结果提示，肿瘤细胞的脂质组成或许对其转移能力具有调控作用。大数据分析接下来，为了进一步观察脂质组成对卵巢癌转移的调控作用，研究人员将具有极高转移能力和铁死亡敏感性的人卵巢癌细胞系ES-2，进行两轮体内筛选，建立了两个高效卵巢癌转移小鼠模型（ES-2-MC2-Hep和ES-2-MC2-Lung，肝脏和肺部转移成功率达到100%），成功模拟了卵巢癌的腹腔转移和血行转移。模型的建立随后通过在卵巢癌转移小鼠模型中进行以代谢基因为重点的大规模CRISPR筛选后，研究人员识别出了多个与卵巢癌转移相关的重要基因。其中NMNAT1被鉴定为卵巢癌肝转移和肺转移的关键促进因子，而ACSL4（一种调控铁死亡和不饱和脂肪酸代谢的酶）则被鉴定为卵巢癌肺转移的关键促进因子。基因筛选既往研究显示，ACSL4能特异性催化不饱和脂肪酸转化为脂酰辅酶A，参与细胞膜磷脂合成，以此提高细胞膜的流动性来实现许多细胞功能。因此，研究人员主要探讨了ACSL4调控卵巢癌肺转移的机制。结果发现，ACSL4可通过调控PUFA代谢，来增强癌细胞的膜流动性和侵袭性，帮助癌细胞穿越血管壁（即促进癌细胞血管外渗），方便其在肺部定殖（这一步通过基因敲除和ACSL4抑制，以及外源性补充PUFA进行了验证）。ACSL4调控PUFA磷脂合成促进卵巢癌肺转移的机制更重要的是，研究人员发现，ACSL4的这种促进癌细胞血管外渗作用也可在SK-HEP-1肝癌和4T1乳腺癌模型中观察到。这提示，ACSL4的这种作用可能具有普适性。鉴于癌细胞血行转移有两个关键步骤，一个是从血管中出来去要转移的器官驻扎（转移前期阶段），另一个就是驻扎后的生长（转移后期阶段）。但伴随着实验的进行，研究人员也发现了一个现象，就是ACSL4只能阻止癌细胞从血管里出来这步，因为敲除ACSL4对体外增殖肿瘤和皮下肿瘤生长没有影响。那么在转移后期阶段，又有哪些基因发挥了作用呢？于是研究人员重新回看CRISPR遗传筛选的结果，并比较了转移前后肿瘤细胞中sgRNA丰度，结果发现，ABHD6、ECI1、ECH1和MDH1是癌细胞转移后期存活的关键基因，其中ECI1和ECH1对PUFA的氧化利用至关重要。基因再筛选通过进一步的代谢实验，研究人员也揭示了在转移的晚期阶段，高水平的PUFA会经由ECI1和ECH1基因介导的不饱和脂肪酸β-氧化通路，为癌细胞转移后生长提供能量。以上结果表明，PUFA在肿瘤转移过程中发挥了双重作用。PUFA的双重作用基于PUFA的双重作用，研究发现，在卵巢癌和黑色素瘤小鼠模型中，联合敲除ACSL4和ECH1，不仅可以有效抑制肿瘤细胞的远处转移，还成功控制了肿瘤细胞整体的血运转移负担。总之该研究揭示了PUFA在癌症转移中有着支持癌细胞的迁移，又为其生长提供能量来源的双重作用。而针对脂质代谢的干预策略，也为开发转移性癌症治疗药物提供了新的思路。参考文献：[1]Yuqi Wang et al.,ACSL4 and polyunsaturated lipids support metastatic extravasation and colonization.Cell(2024).本文作者丨张金旭

撰文丨王聪 编辑丨王多鱼 排版丨水成文 转移是导致癌症相关死亡的主要原因，是管理癌症患者的一个紧迫的医疗挑战。在卵巢癌病例中，循环癌细胞首先从血流、淋巴血管系统和/或腹腔液中的流体环境中渗出，然后到达远端器官。由于高机械应力和立即暴露于免疫监视和宿主器官后的清除，转移性外渗是一个低效的过程，只有一小部分癌细胞成功侵入目标组织实质。 癌细胞的各种内在特征和外在因素是实现外渗的必要条件，包括细胞运动性增强、癌细胞膜内脂质相行为改变，以及趋化因子、趋化因子受体和细胞-细胞黏附分子的改变。然而，我们对支持癌细胞转移性外渗的脂质组的特征仍然知之甚少。 2024年11月25日，西湖大学邹贻龙、王曦团队合作，在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为：ACSL4 and polyunsaturated lipids support metastatic extravasation and colonization 的研究论文。 该研究揭示了多种癌症的转移潜能和铁死亡易感性之间的相关性，转移的癌细胞具有更高的铁死亡敏感性和多不饱和脂肪酸脂质（PUFA-Lipid）含量。该研究发现ACSL4是一种促血行转移因子，通过增强膜流动性和细胞侵袭性促进转移性外渗。而ACSL4还通过促进多不饱和脂肪酸（PUFA）向酰基辅酶A（acyl-CoA）的酯化发挥促进铁死亡的作用。该研究还发现，多不饱和脂肪酸脂质在促转移的同时，依赖ECH1等限速酶，因此，共抑制ACSL4和ECH1，可有效抑制肿瘤转移。 总的来说，该研究揭示了多不饱和脂肪酸脂质在肿瘤进展和转移中的双重功能，为开发靶向肿瘤转移的新型药物奠定了基础。 由于选择压力，到达远端器官的癌细胞可能继承了在循环和外渗期间最适合生存的脂质代谢特征；然而，这种脂质程序如何支持宿主组织微环境中重新激活的增殖仍然未知。 为了形成宏观转移灶，癌细胞在低营养可利用性的靶器官微环境中采用多种策略来满足高能量需求，包括激活线粒体生物发生和氧化磷酸化。 β-氧化是脂肪酸在一系列酶的作用下，在α碳原子和β碳原子之间断裂，生成乙酰辅酶A（CoA），和较原来少两个碳原子的脂肪酰辅酶A。β氧化以高通量的乙酰辅酶A（CoA）为线粒体提供燃料，因此在支持体内癌细胞生长中发挥关键作用。然而，在传播的癌细胞中，发生β-氧化的脂肪酸的来源仍然缺乏表征。 在这项最新研究中，研究团队通过查询泛癌症表型数据库，包括癌症转移图谱（MetMap）数据集和癌症治疗反应门户网站（CTRP）中的泛癌细胞系的化合物敏感性数据集，该研究发现，在一些癌症谱系中（包括卵巢、肝脏和头颈部癌）高转移潜能与诱导铁死亡的易感性相关。利用从卵巢癌患者的原发灶和转移灶中新鲜分离的癌细胞进行的化合物敏感性分析证实，转移性肿瘤细胞的铁死亡易感性和多不饱和脂肪酸（PUFA）-脂质含量升高。 接下来，研究团队进行了两轮体内克隆筛选，建立肝、肺转移效率较高的卵巢癌远端转移小鼠模型。随后的体内CRISPR筛选发现了多个转移前代谢基因，包括参与NAD生成的NMNAT1和参与PUFA-脂质生物合成ACSL4。ACSL4通过增强膜流动性和促进迁移来特异性介导血源性播散过程中的转移性外渗。值得注意的是，ACSL4作为脂质代谢酶，通过促进多不饱和脂肪酸（PUFA）向酰基辅酶A（acyl-CoA）的酯化，从而促进铁死亡。此外，高PUFA-脂质的转移细胞依赖于不饱和脂肪酸（UFA）的β-氧化在肿瘤微环境中生存。 研究团队还发现，上述特性可通过抑制参与C=C双键移位的限速酶——MDH1、ABHD6、ECI1或ECH1——来限制肿瘤的生长，为通过β-氧化和三羧酸循环途径分解UFA做准备。在卵巢癌和黑色素瘤肺转移模型中，联合抑制ECH1和ACSL4以阻断UFA代谢的两个步骤可协同抑制转移。 该研究的核心发现： 泛癌表型数据挖掘揭示转移-铁死亡敏感性之间的相关性； 聚焦代谢的体内CRISPR筛选揭示了ACSL4的促转移作用； ACSL4通过增强膜流动性和侵袭性促进转移性外渗； 高不饱和脂肪酸脂质的肿瘤细胞依赖于ECH1等限速酶进行β-氧化和转移； 共抑制ACSL4和ECH1，可有效抑制肿瘤转移。 总的来说，该研究指出，卵巢癌进展依赖于不饱和脂肪酸至少两种看似独立的功能，包括其氧化以产生能量，以及并入磷脂以增强膜流动性、迁移潜能和外渗效率。这项研究为发生在卵巢和其他部位的转移性癌症提出了一种潜在的联合治疗策略。 值得一提的是，该论文是国内首篇铁死亡研究的 Cell 论文，此前，国内铁死亡研究领域只有一篇 CNS 主刊论文—— 2024年1月31日，同济大学医学院/附属第十人民医院王平教授团队在 Nature 期刊发表论文，发现并揭示了远端胆固醇合成通路关键酶通过调控7-脱氢胆固醇（7-DHC）的水平来调控铁死亡敏感性的机制，提出了通过药物调控7-DHC水平是一种有前途的治疗癌症和缺血再灌注损伤的新策略。详情：国内首篇铁死亡Nature论文：同济大学王平团队揭示胆固醇前体决定铁死亡敏感性 西湖多维动态代谢组学核心实验室主任邹贻龙博士和西湖基因组学与生物信息学核心实验室主任王曦博士为论文共同通讯作者，西湖实验室助理研究员王煜棋博士、西湖大学博士生胡鋩泽及南京市妇幼保健院/南京医科大学附属妇产医院曹剑医生为论文共同第一作者。 论文链接： https://www-cell-com.libproxy1.nus.edu.sg/cell/abstract/S0092-8674(24)01270-4