代謝重編程是癌癥的重要標(biāo)志，它為癌癥患者創(chuàng)造了新的治療機(jī)會(huì)并推動(dòng)越來越多的抗癌藥物發(fā)現(xiàn)。最近，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到生化通路改變通常會(huì)誘發(fā)癌細(xì)胞代謝的弱點(diǎn)。代謝重編程被認(rèn)為是由代謝酶的遺傳改變或致癌基因激活引起的。目前，只鑒定到少數(shù)代謝酶基因的異常。在代謝變化中，致癌因子活化的癌細(xì)胞是否會(huì)表現(xiàn)出代謝偏向性尚不清楚。酪氨酸激酶受體（RTK），如表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（FGFR），是公認(rèn)的各種癌癥惡性生長(zhǎng)的致癌因子。迄今為止，RTK基因改變代表了人類癌癥中最明確的遺傳亞型，特別是在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）中。雖然越來越多的證據(jù)證明了RTK對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)重編程的影響，但RTK驅(qū)動(dòng)的代謝編程是否導(dǎo)致代謝弱點(diǎn)而具有治療潛力仍未可知。中科院上海藥物所黃敏研究團(tuán)隊(duì)和廈門大學(xué)生科院林樹海教授通過非靶向代謝組學(xué)、多種穩(wěn)定同位素標(biāo)記的代謝流分析及轉(zhuǎn)錄組學(xué)等技術(shù)闡述了癌癥基因型和代謝依賴之間的分子聯(lián)系，為靶向代謝治療中的患者分層提供了依據(jù)，相關(guān)成果發(fā)表于《Nature Communications》。
RTK的代謝表型重編程
采用藥理學(xué)抑制劑篩查驗(yàn)證RTK改變導(dǎo)致的癌癥代謝弱點(diǎn)。選用癌基因表達(dá)異常的15株NSCLC細(xì)胞株，包括EGFR突變（L858R，外顯子19缺失或外顯子21缺失），F(xiàn)GFR1擴(kuò)增，KRAS突變等，暴露于靶向葡萄糖和谷氨酰胺酶或脂肪酸氧化的代謝抑制劑中。生長(zhǎng)抑制率的聚類結(jié)果表明，相同基因型的癌細(xì)胞具有相似的代謝弱點(diǎn)，特別是對(duì)于表現(xiàn)出聚集趨勢(shì)的FGFR和EGFR異常細(xì)胞。為了證實(shí)這一發(fā)現(xiàn)的臨床相關(guān)性，作者從TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中提取了740例肺腺癌，其中54例患者分別接受了EGFR激活突變（n = 25），F(xiàn)GFR1 /2擴(kuò)增（n = 15），MET擴(kuò)增（n = 12），RET融合（n = 2）。在這些樣本中，基于KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)中注釋的1498個(gè)代謝基因的層次聚類結(jié)果表明，EGFR-，F(xiàn)GFR-和RET-激活的腫瘤存在不同的表達(dá)模式，提示在RTK驅(qū)動(dòng)的癌癥中致癌基因存在顯著的代謝表型差異。
為了探究RTK進(jìn)行代謝網(wǎng)絡(luò)重編程的偏向性，將致癌基因EGFR（EGFR-L858R-T790M），F(xiàn)GFR1（TEL-FGFR1融合體），MET（TPR-MET融合體）或RET（CCDC6-RET融合體）引入BAF3細(xì)胞導(dǎo)致激活RTK信號(hào)傳導(dǎo)（Fig. 1a），IL3非依賴性細(xì)胞生長(zhǎng)（Fig. 1b），及對(duì)特異性RTK抑制劑的精確敏感性（Fig. 1c），并對(duì)這些細(xì)胞系的代謝譜進(jìn)行表征。通過細(xì)胞外酸化率（ECAR）和氧消耗率（OCR）可知，RTK活化可以促進(jìn)糖酵解和氧化磷酸化，但RTK基因型之間存在顯著差異（Fig. 1d）。鑒于FGFR基因具有四種亞型，作者還將TEL-FGFR3融合到BAF3細(xì)胞中，其導(dǎo)致IL3非依賴性細(xì)胞生長(zhǎng)和對(duì)AZD4547的敏感性。比較分別由FGFR1和FGFR3驅(qū)動(dòng)的BAF3細(xì)胞表明，發(fā)現(xiàn)兩者ECAR和OCR均增強(qiáng)。因?yàn)镮L3對(duì)BAF3細(xì)胞模型非常重要，作者測(cè)試IL3對(duì)細(xì)胞代謝表型的影響。正如預(yù)期，IL3的缺失導(dǎo)致BAF3細(xì)胞中OCR的顯著變化，因?yàn)檫@些細(xì)胞的存活率依賴于IL3。BAF3-RTK細(xì)胞受影響較小，這與IL3對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響相關(guān)（Fig. 1b）。
對(duì)這些細(xì)胞系進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析，鑒定了124個(gè)代謝物，單個(gè)代謝物的熱圖（Fig. 1e）、主成分分析（PCA）（Fig. 1f）、通路富集分析（倍數(shù)大于1.5倍; p <0.01）突出了惡性細(xì)胞生長(zhǎng)所需要的幾種代謝途徑，尤其是檸檬酸循環(huán)（TCA循環(huán)），核苷酸生物合成和氨基酸代謝，在FGFR突變細(xì)胞中優(yōu)先激活TCA循環(huán)，在BAF3-RET細(xì)胞中谷氨酰胺/谷氨酸代謝通路顯著增強(qiáng)。
代謝異質(zhì)性提示增殖細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)獲取能力的差異。采用同位素光譜分析（ISA）檢測(cè)13C標(biāo)記的葡萄糖、谷氨酰胺或棕櫚酸在中間代謝物中的摻入，以追蹤三種主要的營(yíng)養(yǎng)源---葡萄糖，谷氨酰胺和脂肪酸的代謝（Fig. 1g）。每個(gè)細(xì)胞系中13C標(biāo)記代謝物的熱圖顯示，BAF3-EGFR和BAF3-FGFR1細(xì)胞中葡萄糖代謝增強(qiáng)，BAF3-RET細(xì)胞中谷氨酰胺分解顯著增強(qiáng)，MET擴(kuò)增細(xì)胞沒有表現(xiàn)出顯著的代謝特征（Fig. 1h）。
那么RTK驅(qū)動(dòng)細(xì)胞的代謝變化是否具有代謝依賴性？結(jié)果顯示，BAF3-EGFR和BAF3-FGFR1細(xì)胞的增殖依賴于葡萄糖供應(yīng)，而BAF3-RET細(xì)胞的生長(zhǎng)似乎依賴于谷氨酰胺供應(yīng)（Fig. 1i）。檢測(cè)9種EGFR突變細(xì)胞，4種FGFR1/3擴(kuò)增細(xì)胞和2種RET融合/突變細(xì)胞對(duì)葡萄糖或谷氨酰胺的生長(zhǎng)依賴性，并使用癌癥細(xì)胞系百科全書（CCLE）數(shù)據(jù)庫(kù)注釋的無驅(qū)動(dòng)基因改變的7株野生型肺癌細(xì)胞（A431除外）作為對(duì)照，結(jié)果表明，與BAF3-RTK細(xì)胞中的觀察一致，EGFR和FGFR突變細(xì)胞的生長(zhǎng)依賴于葡萄糖而不是谷氨酰胺。相反，對(duì)照野生型細(xì)胞對(duì)葡萄糖或谷氨酰胺的依賴程度不同。RET融合/突變細(xì)胞依賴谷氨酰胺進(jìn)行增殖。與該結(jié)果一致，使用UK5099（線粒體-丙酮酸鹽載體抑制劑）選擇性抑制葡萄糖代謝，優(yōu)先抑制EGFR和FGFR依賴性癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。谷氨酰胺酶抑制劑CB839對(duì)RET異常癌細(xì)胞的生長(zhǎng)表現(xiàn)出更顯著的影響。此外，與脂肪酸β-氧化示蹤一致（Fig. 1h），使用埃托霉素（ETO）（一種肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1A（CPT1A）的抑制劑）抑制脂肪酸氧化僅對(duì)所有四種基因型細(xì)胞的生長(zhǎng)有輕微影響。
使用RNA測(cè)序（RNA-seq）來探索這些細(xì)胞中不同代謝依賴性的遺傳基礎(chǔ)，提示這些BAF3-RTK細(xì)胞系中存在顯著差異的基因簇，對(duì)這些顯著基因簇進(jìn)行KEGG通路富集分析，顯示FGFR1和EGFR激活細(xì)胞中糖酵解和絲氨酸合成通路過表達(dá)（Fig. 1j）。分析EGFR和FGFR激活腫瘤中的代謝基因以探測(cè)BAF3細(xì)胞轉(zhuǎn)錄變化的臨床相關(guān)性，差異代謝基因的KEGG通路富集分析（FC大于1.5倍; p <0.01）表明，富集到FGFR擴(kuò)增腫瘤中的丙酮酸代謝和EGFR突變瘤中的甘氨酸絲氨酸和蘇氨酸代謝，這些發(fā)現(xiàn)與BAF3細(xì)胞中鑒定的基因組結(jié)果吻合。這些數(shù)據(jù)共同證明了由癌細(xì)胞中相應(yīng)的RTK活化驅(qū)動(dòng)的代謝表型重編程的偏向性。
EGFR活化促進(jìn)絲氨酸合成
以上數(shù)據(jù)表明EGFR活化后將糖酵解分支到絲氨酸合成通路（SSP）（Fig. 1h）。通過比較EGFR突變的癌癥患者（n = 25）與野生型EGFR腫瘤（n = 715）（圖2a），從TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的740名肺腺癌患者中進(jìn)一步證實(shí)了上調(diào)的絲氨酸代謝，提示SSP可能是這種癌癥亞型的臨床相關(guān)易感性。用CBR5884（一種PHGDH抑制劑）處理RTK驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞以降低這些細(xì)胞中絲氨酸的從頭合成，結(jié)果顯示，BAF3-EGFR細(xì)胞對(duì)PHGDH抑制有反應(yīng)，而BAF3-FGFR1細(xì)胞對(duì)PHGDH抑制無反應(yīng)（Fig. 2b）。使用NCT503（另一種PHGDH抑制劑）觀察到類似的結(jié)果。將具有FGFR1 / 2/3基因擴(kuò)增的癌細(xì)胞和無驅(qū)動(dòng)基因改變的野生型肺癌細(xì)胞（A431除外）兩者均作為對(duì)照進(jìn)行測(cè)試。使用CBR5884抑制PHGDH，EGFR突變細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制率高于FGFR突變細(xì)胞，野生型細(xì)胞大多無反應(yīng)（Fig. 2c）。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)同樣證實(shí)了這種代謝弱點(diǎn)：PC9移植模型（Fig. 2d）和具有EGFR L858R突變的NSCLC患者異種移植（PDX）模型LU-01-0251（Fig. 2e）用EGFR抑制劑Gefitinib或NCT503（唯一的PHGDH體內(nèi)抑制劑）治療，NCT503治療后腫瘤生長(zhǎng)受到顯著抑制，略低于Gefitinib的EGFR抑制作用（Fig. 2d，e），但毒性最小。這些結(jié)果表明，EGFR驅(qū)動(dòng)的癌癥代謝弱點(diǎn)導(dǎo)致SSP依賴性。最近的研究還報(bào)道了SSP參與EGFR抑制劑的耐藥性，從不同的角度證實(shí)了SSP在EGFR突變型癌癥中的重要作用。
接下來作者探究絲氨酸生成的增加如何促進(jìn)EGFR依賴性癌細(xì)胞的惡性生長(zhǎng)。使用13C標(biāo)記的葡萄糖作為示蹤劑，BAF3-FGFR1細(xì)胞作為對(duì)照，檢測(cè)BAF3-EGFR細(xì)胞中13C標(biāo)記的核苷酸同位素異構(gòu)體的貢獻(xiàn)百分比（Fig. 2f），EGFR驅(qū)動(dòng)細(xì)胞中M6-M9核苷酸同位素的比例增加，這表明甘氨酸和甲酸碳結(jié)合到嘌呤核苷酸中（Fig. 2f，g）。除核苷酸合成外，葡萄糖衍生的絲氨酸可通過甘氨酸的產(chǎn)生摻入谷胱甘肽（GSH）中，有助于氧化還原穩(wěn)態(tài)。同時(shí)，13C標(biāo)記的葡萄糖示蹤LC-MS譜檢測(cè)到葡萄糖衍生的GSH（M2同位素）也通過激活BAF3細(xì)胞中的EGFR而增強(qiáng)。與FGFR1擴(kuò)增的DMS114細(xì)胞相比，敲低PHGDH或磷酸化絲氨酸磷酸酶（PSPH）使得EGFR突變的PC9細(xì)胞中的活性氧（ROS）增加。這些結(jié)果表明EGFR通過促進(jìn)SSP來為DNA / RNA合成提供核苷酸。與FGFR1活化細(xì)胞相比，EGFR活化細(xì)胞相對(duì)較少依賴于絲氨酸的外源供應(yīng)（Fig. 2h）。
EGFR活化究竟如何優(yōu)先激活SSP？通過比較BAF3-EGFR和BAF3-FGFR1細(xì)胞之間SSP相關(guān)酶的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在EGFR活化后PSPH、絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶1（SHMT1），SHMT2和亞甲基四氫葉酸脫氫酶1（MTHFD1）等關(guān)鍵代謝酶特異性上調(diào)（Fig. 2i）。在同一組肺腺癌患者樣本中觀察到PHGDH和PSPH的顯著上調(diào)（Fig. 2j）。通過具有突變EGFR（n = 6）或野生型RTK（n = 6）的NSCLC PDX腫瘤組織中對(duì)這些代謝酶進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析，結(jié)果顯示，與野生型腫瘤相比，EGFR突變體腫瘤表現(xiàn)出更高的PSPH和PHGDH表達(dá)水平。而且，PDX模型（LU-01-0251）中上調(diào)的PHGDH和PSPH表達(dá)可以通過EGFR抑制劑的治療來逆轉(zhuǎn)（Fig. 2e，k）。
與攜帶野生型EGFR的患者相比，EGFR突變肺癌患者中PSPH（絲氨酸從頭合成的關(guān)鍵酶及肝臟中該通路的限速酶）顯著增加（Fig. 2j）。接著，作者調(diào)查患者的PSPH狀態(tài)（來自TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)的1144名患者），發(fā)現(xiàn)16％的EGFR突變亞型中PSPH擴(kuò)增突變和EGFR激活突變（L858R點(diǎn)突變，外顯子19缺失或外顯子21缺失）同時(shí)發(fā)生（Fig. 2l）。由于兩種基因的遺傳變化同時(shí)發(fā)生，這類NSCLC患者的SSP顯著增強(qiáng)，提示。PSPH可能是NSCLC中EGFR活化的靶點(diǎn)與此觀點(diǎn)一致，敲低PSPH導(dǎo)致EGFR突變體PC9和NCI-H1975細(xì)胞的生長(zhǎng)顯著降低，類似于EGFR失活（Fig. 2m）。以上數(shù)據(jù)突出了SSP作為EGFR突變癌癥中的代謝弱點(diǎn)。
FGFR活化增強(qiáng)有氧糖酵解和乳酸循環(huán)
FGFR異常發(fā)生在多種類型的人類癌癥中，包括NSCLC，膀胱癌和乳腺癌等。FGFR活化的細(xì)胞似乎消耗更多的葡萄糖進(jìn)入糖酵解通路（Fig.1h），可從乳酸（糖酵解的關(guān)鍵產(chǎn)物）的胞內(nèi)生成和胞外分泌的增強(qiáng)加以證實(shí)（Fig. 3a）。鑒于OCR的顯著增強(qiáng)（Fig. 1d），作者推測(cè)乳酸可能作為TCA循環(huán)的替代碳源。為了支持這一假設(shè)，作者通過示蹤13C標(biāo)記的葡萄糖的碳富集到BAF3- RTK細(xì)胞中TCA循環(huán)的中間代謝物來檢測(cè)葡萄糖對(duì)FGFR活化細(xì)胞中TCA循環(huán)中間體的貢獻(xiàn)百分比（Fig. 3b）。在無標(biāo)記葡萄糖（10mM）存在下，13C標(biāo)記的乳酸（5mM）競(jìng)爭(zhēng)性攝取分析顯示FGFR細(xì)胞更傾向于消耗乳酸鹽用于TCA循環(huán)（Fig. 3c）。為了追蹤FGFR1擴(kuò)增的NCI-H1581異種移植模型中葡萄糖和乳酸對(duì)TCA循環(huán)的貢獻(xiàn)百分比，將13C標(biāo)記的葡萄糖和13C標(biāo)記的乳酸共同靜脈注射小鼠30分鐘后收集腫瘤組織，經(jīng)外周轉(zhuǎn)化后的血漿乳酸M3或M1同位素強(qiáng)度歸一化后，摻入TCA循環(huán)中間體的葡萄糖碳與乳酸碳水平相當(dāng)（Fig. 3d）。這些結(jié)果表明乳酸可以作為TCA循環(huán)中與葡萄糖同等的能源。與這些結(jié)果一致，使用Oxamate或GSK2837808A29抑制乳酸生成使得FGFR1擴(kuò)增的NCI-H1581細(xì)胞中的OCR水平降低，類似于抑制FGFR的影響（Fig. 3e）。相反，乳酸的產(chǎn)生僅略微影響EGFR依賴性PC9細(xì)胞中的線粒體容量。
已知加速氧化磷酸化為惡性腫瘤生長(zhǎng)提供ATP， 生成大量ROS副產(chǎn)物。檢測(cè)乳酸對(duì)FGFR活化細(xì)胞中ATP和ROS產(chǎn)生的貢獻(xiàn)，結(jié)果表明，在BAF3細(xì)胞中，與EGFR激活相比，FGFR1的活化與更高水平的ATP和ROS產(chǎn)生相關(guān)（Fig. 3f，g）。FGFR1激活的NCI-H1581細(xì)胞中ATP和ROS的產(chǎn)生均可被乳酸脫氫酶（LDH）抑制劑部分逆轉(zhuǎn)，其程度與FGFR抑制相似（Fig. 3f，g）?？傊?，乳酸在促進(jìn)FGFR異常癌的氧化磷酸化中起重要作用。
作者還比較了BAF3細(xì)胞中FGFR1或EGFR活化時(shí)糖酵解酶的表達(dá)。發(fā)現(xiàn)一些糖酵解酶如乳酸脫氫酶A（LDHA），ATP依賴性6-磷酸果糖激酶（PFKL），葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（GLUT1）和己糖激酶2（HK2）在BAF3-FGFR1細(xì)胞中顯著上調(diào)（Fig. 3h）。從TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的740例肺腺癌患者樣品中證實(shí)了FGFR擴(kuò)增與這些酶的上調(diào)相關(guān)（Fig. 3i）。使用免疫組織化學(xué)分析顯示，相比RKT野生型腫瘤組織，F(xiàn)GFR1/2擴(kuò)增的NSCLC PDX腫瘤組織中LDHA和HK2表達(dá)上調(diào)（Fig. 3j）。此外，作者使用基于CRISPR / Cas9篩選數(shù)據(jù)的Project Achilles來揭示細(xì)胞生長(zhǎng)對(duì)這些代謝基因的依賴性。結(jié)果表明FGFR擴(kuò)增的癌細(xì)胞中LDHA，PFKL和PKM的依賴性顯著高于FGFR野生型癌細(xì)胞。作為對(duì)照，對(duì)PHGDH和PSPH的依賴性結(jié)果顯示各亞組之間無差異，表明FGFR擴(kuò)增細(xì)胞高度依賴于糖酵解。
所有這些發(fā)現(xiàn)都表明了乳酸在FGFR驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞中的重要作用。使用GSK2837808A（高選擇性的LDHA抑制劑）抑制Fig. 2c所述癌細(xì)胞中的乳酸產(chǎn)生，與對(duì)照細(xì)胞相比，FGFR異常細(xì)胞的生長(zhǎng)對(duì)LDH抑制劑更敏感（Fig. 3k），表明FGFR驅(qū)動(dòng)的惡性生長(zhǎng)優(yōu)先需要乳酸代謝。在SNU16和NCI-H1581異種移植模型中乳酸抑制劑Oxamate顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)且小鼠體重未發(fā)生變化（Fig. 31）；13C葡萄糖示蹤顯示腫瘤中乳酸和檸檬酸生成降低（Fig. 3l）。在兩個(gè)FGFR2擴(kuò)增的NSCLC PDX模型中檢測(cè)Oxamate的效果，結(jié)果顯示在LU6429模型中，Oxamate或AZD4547的療效都顯著，但不同腫瘤之間療效不同。在腫瘤生長(zhǎng)抑制中，使用AZD4547-Oxamate組合對(duì)LDH和FGFR的組合抑制比單獨(dú)的FGFR抑制效果更普遍且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（Fig. 3m），提示可以降低FGFR抑制劑的耐藥性。小鼠體重變化提示組合研究具有良好的耐受性。在另一個(gè)FGFR2擴(kuò)增模型LU0743中也觀察到類似的趨勢(shì)。同時(shí)，使用二甲雙胍阻斷線粒體呼吸，由于回收的乳酸被用于促進(jìn)氧化磷酸化，與抑制乳酸生成相比，二甲雙胍表現(xiàn)出相似的效果（Fig. 3m）?？傊?，這些結(jié)果表明在FGFR擴(kuò)增的癌癥中乳酸生成和氧化磷酸化的重要性，并提示由這種代謝表型產(chǎn)生的治療前景。
前面結(jié)果表明，EGFR和FGFR基因的改變可以分別用于對(duì)SSP和乳酸產(chǎn)生抑制劑有反應(yīng)的腫瘤進(jìn)行分層。為了強(qiáng)化這一結(jié)果，作者還測(cè)試了攜帶野生型RTK的腫瘤模型。A431細(xì)胞異種移植常被用作RTK研究的對(duì)照，但PHGDH或LDH抑制劑幾乎沒有響應(yīng)。同樣，在無驅(qū)動(dòng)基因改變的3種NSCLC PDX模型中（LU-01-0393，LU2071和LU-01-0416），未觀察到明顯治療效果。這強(qiáng)調(diào)了患者選擇這些抑制劑的重要性。
ATF4和MYC調(diào)控代謝重編程
剩下的問題是EGFR和FGFR細(xì)胞的優(yōu)先代謝重編程？先前的證據(jù)突出了轉(zhuǎn)錄因子（TFs）作為癌細(xì)胞中代謝網(wǎng)絡(luò)重編程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)作用。作者探究FGFR和EGFR依賴性細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄組重編程的TF。根據(jù)BAF3細(xì)胞中的RNA-seq數(shù)據(jù)，對(duì)RTK激活的代謝基因進(jìn)行了分層（由KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)注釋），并根據(jù)已發(fā)布的TF數(shù)據(jù)庫(kù)（Cistrom，ORegAnno，mSigDB，CellNet和UCSC）建立描述TF-靶標(biāo)互作的網(wǎng)絡(luò)模型，分別獲得了127個(gè)TF參與調(diào)節(jié)EGFR和138個(gè)TF參與調(diào)節(jié)FGFR依賴性差異轉(zhuǎn)錄的代謝酶。通過生物信息學(xué)注釋進(jìn)行功能性篩選：根據(jù)TF-靶標(biāo)互作網(wǎng)絡(luò)， 在FGFR3依賴的RT112細(xì)胞和EGFR激活的PC9細(xì)胞中，敲低25個(gè)代表性TF，并通過RT-qPCR分析檢測(cè)SSP中PSPH，PHGDH的表達(dá)，以及糖酵解中LDHA，GLUT1的表達(dá)。最終在FGFR依賴性癌細(xì)胞中篩選出的ATF4，F(xiàn)OXO1，HIF1A，MAF，MYC和SREBP1，在EGFR依賴性癌細(xì)胞中篩選出的ATF4和MYC，分別是糖酵解和SSP中特征基因轉(zhuǎn)錄所必需的（Fig. 4a）。在這些TF中，只有HIF1A和MYC表達(dá)受FGFR抑制的顯著影響。同樣地，EGFR抑制劑Gefitinib可以影響EGFR突變癌細(xì)胞（Fig. 4b）和移植模型（Fig. 4c）中的ATF4和MYC表達(dá)。此外， MYC而非ATF4的敲低顯著抑制FGFR3活化的RT112細(xì)胞的生長(zhǎng)；而在EGFR異常的PC9細(xì)胞中，ATF4的敲低顯著抑制細(xì)胞生長(zhǎng)（Fig. 4d）。這些數(shù)據(jù)表明，HIF1A-MYC（在FGFR依賴細(xì)胞中）和ATF4-MYC（在EGFR活化細(xì)胞中）在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)代謝網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，MYC和ATF4分別在FGFR依賴的細(xì)胞和EGFR活化細(xì)胞中發(fā)揮著更為主導(dǎo)的作用。
通過網(wǎng)絡(luò)分析來驗(yàn)證TF對(duì)在調(diào)節(jié)代謝網(wǎng)絡(luò)中的密切關(guān)聯(lián)，結(jié)果顯示，有10個(gè)代謝基因由EGFR細(xì)胞中的MYC和ATF4共同調(diào)節(jié)，其中包括PSPH；20多個(gè)代謝酶基因由FGFR細(xì)胞中的HIF1A和MYC共同調(diào)控，其中包括LDHA（Fig. 4e）。仔細(xì)剖析這些TF對(duì)在兩種細(xì)胞環(huán)境中的作用，發(fā)現(xiàn)敲低MYC下調(diào)HIF1A表達(dá)，而敲低HIF1A時(shí)MYC不變，證明MYC在FGFR細(xì)胞中的主導(dǎo)作用；同樣的，在EGFR活化的PC9細(xì)胞中，敲低ATF4下調(diào)MYC表達(dá)，而敲低MYC時(shí)ATF4不變，證明ATF4在EGFR細(xì)胞中的主導(dǎo)作用（Fig. 4f）。接著，探究這些TFs對(duì)代謝表型的影響。與上述結(jié)果一致，F(xiàn)GFR活化的癌細(xì)胞中丙酮酸和乳酸的胞內(nèi)生成通過MYC降低，而不是通過ATF4消耗而降低（Fig. 4g）。同時(shí)，在13C標(biāo)記葡萄糖的ISA測(cè)定中，敲低ATF4而非MYC顯著抑制PC9細(xì)胞中絲氨酸和核苷酸的合成，類似于EGFR抑制（Fig. 4h）。綜上，作者建立了RTK驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并突出了在EGFR或FGFR突變的癌癥中，轉(zhuǎn)錄因子ATF4和MYC是代謝網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先重編程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（Fig. 4i）。
小結(jié)
本研究采用代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)相結(jié)合的方法來識(shí)別RTK驅(qū)動(dòng)的癌癥代謝弱點(diǎn)，建立了代謝弱點(diǎn)與癌癥基因型之間的聯(lián)系，確定了RTK異常的癌癥代謝偏向性，提示RTKs的改變可用于代謝抑制劑的患者分層。FGFR致癌信號(hào)主要集中在MYC上，用于下游糖酵解酶的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，而EGFR激活優(yōu)先利用ATF4來驅(qū)動(dòng)代謝網(wǎng)絡(luò)重編程?？傊狙芯看_定了糖酵解和由此產(chǎn)生的乳酸的關(guān)鍵作用，它為FGFR異常癌癥的能量生成提供TCA循環(huán)，并為EGFR組成性激活癌的核苷酸生物合成和氧化還原穩(wěn)態(tài)的絲氨酸合成提供燃料。本研究可以從兩個(gè)方面推進(jìn)當(dāng)前對(duì)該領(lǐng)域的理解：一方面，致癌的RTK驅(qū)動(dòng)的代謝重編程可能導(dǎo)致明顯的代謝弱點(diǎn)，可用于癌癥治療。另一方面，代謝異質(zhì)性是由轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的代謝基因表達(dá)差異造成的。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)指導(dǎo)代謝抑制劑的患者分層具有重要的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
Jin N et al., Identification of metabolic vulnerabilities of receptor tyrosine kinases-driven cancer. Nat Commun. 2019 doi: 10.1038/s41467-019-10427-2.
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