北京大學發(fā)文：發(fā)現(xiàn)胃癌治療新策略
8月2日，北京大學研究團隊在期刊《Clinical And Translational Medicine》上發(fā)表了研究論文，題為“ABCC2 induces metabolic vulnerability and cellular ferroptosis via enhanced glutathione efflux in gastric cancer”，本研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)ABCC2高表達與較好的預后相關，rs717620可通過干擾ETS1和SOX9的結合影響ABCC2的表達。GC細胞系的功能獲得和功能喪失實驗表明，氨基酸剝奪降低了ABCC2-high GC細胞的增殖，遷移和耐藥性。ABCC2導致細胞內氨基酸庫減少和細胞能量代謝中斷。這種現(xiàn)象是由ABCC2介導的谷胱甘肽（GSH）外排引起的，從而導致氧化還原狀態(tài)的變化，進而增加細胞對鐵死亡的易感性。此外，研究人員還使用了患者來源的器官樣組織和腫瘤樣細胞群來觀察ABCC2對治療效果的影響。在ABCC2表達較高的異種移植模型中，研究人員觀察到限制氨基酸攝入并抑制GPX4活性可導致明顯的腫瘤消退。綜上，研究結果表明，ABCC2通過介導GC中的GSH外排在氨基酸代謝和鐵死亡中發(fā)揮重要作用。這一發(fā)現(xiàn)強調了聯(lián)合多個鐵死亡靶點作為ABCC2高表達胃癌有前景的治療策略的潛力。
背景知識
胃癌是全球第五大惡性腫瘤，也是癌癥相關死亡的第三大原因，2020年全球胃癌新發(fā)病例為1 089 103例，死亡人數(shù)約為768 793例。胃癌的常用治療方法包括5-氟尿嘧啶(5-Fu)和鉑類藥物，這些藥物引起的患者反應不同。由于其復雜的動態(tài)分子背景，胃癌是一種高度異質性的惡性腫瘤。因此，闡明驅動胃癌進展的分子機制對于開發(fā)新的有效治療策略至關重要。
在之前的一項研究中，研究團隊在一組接受新輔助化療的胃癌患者中檢測了幾個基因的遺傳變異，包括MTHFR、DPYD、UMPS、ABCB1、ABCC2、GSTP1、ERCC1和XRCC1。研究人員發(fā)現(xiàn)ABCC2-24C > T (rs717620)基因型與化療效果和患者結局相關。其與胃癌的相關性及機制有待進一步明確。
ABCC2是ATP結合盒亞家族C的成員，發(fā)揮外排轉運蛋白的作用，轉運葡萄糖醛酸鹽、硫酸鹽和谷胱甘肽等陰離子型藥物偶聯(lián)物。它還促進了抗癌藥物的運輸，包括順鉑、長春花堿和喜樹堿衍生物。多項研究證實，ABCC2的過表達使腫瘤細胞獲得多藥耐藥。然而，近期的研究表明，ABCC2與接受FOLFOX-4治療的結腸癌患者的無病生存率增加相關。ABCC2在結直腸癌細胞中的表達增加已被證明可增強對奧沙利鉑治療的反應。這一發(fā)現(xiàn)提示ABCC2可能在腫瘤進展中通過替代途徑發(fā)揮抗癌藥物的作用，而不僅僅是在胃癌的多藥耐藥中發(fā)揮作用。
谷胱甘肽(GSH)作為ABCC2的底物，是哺乳動物細胞中主要的抗氧化劑，也是GPX4的首選底物。GSH耗竭直接影響GPX4活性和穩(wěn)定性，使細胞更容易發(fā)生鐵死亡，鐵死亡是一種獨特的調節(jié)性細胞死亡形式，其特征是代謝功能障礙導致的廣泛脂質過氧化。許多氨基酸代謝途徑近期被發(fā)現(xiàn)與鐵死亡相關。例如，促進三羧酸(TCA)循環(huán)的谷氨酰胺分解與氨基酸饑餓引發(fā)的壞死性細胞死亡有關，終導致鐵死亡。雖然ABCC2在GSH從肝細胞外排至膽管中起重要作用，但其在胃癌谷胱甘肽代謝和鐵死亡中的作用尚不清楚。
饑餓導致的谷胱甘肽水平降低可誘發(fā)鐵死亡
通過對TCGA數(shù)據進行相關性分析，研究人員發(fā)現(xiàn)鐵死亡基因特征與ABCC2存在相關性。此外，來自ABCC2敲除細胞系和ABCC2低表達組織樣本的RNA測序結果顯著富集了鐵死亡通路。研究人員使用liperfluo檢測不同細胞系的過氧化脂質(LPO)。在ABCC2高表達細胞株中觀察到LPO的積累，而在低表達細胞株中未觀察到LPO的積累。透射電鏡證實了鐵死亡細胞的發(fā)生。研究還證實ABCC2促進營養(yǎng)剝奪誘導的鐵死亡。蛋白質免疫印跡檢測不同營養(yǎng)條件下胃癌細胞株中ABCC2表達與SLC7A11和GPX4的相關性。在正常營養(yǎng)條件下，ABCC2的表達對SLC7A11和GPX4的水平無顯著影響。然而，在氨基酸剝奪條件下，ABCC2的高表達導致GPX4的水平顯著降低，但不影響SLC7A11的表達。將不同水平ABCC2表達的細胞系暴露于鐵死亡誘劑RSL3和抑制劑(ferrostatin-1)，以評估其對鐵死亡的易感性。與ABCC2高表達細胞株相比，RSL低表達細胞株的細胞內脂質過氧化物水平降低(p < 0.05)。Ferrostatin-1顯著提高了ABCC2過表達細胞株的生存，表明鐵死亡在其死亡中起作用。結果表明，ABCC2表達水平影響胃癌細胞對鐵死亡的易感性。
Liperfluo檢測在營養(yǎng)剝奪條件下模擬腫瘤微環(huán)境條件下細胞內脂質過氧化變化
ABCC2與RSL3協(xié)同誘導體內鐵死亡
為了進一步驗證ABCC2在人胃癌中的作用，研究人員使用胃癌腫瘤組織建立了患者來源的類器官(PDO)模型，并用RSL3處理這些類器官并評估其生長情況。PDOs的生長速度表明，與ABCC2高表達的類器官相比，RSL3更有效地抑制了ABCC2低表達的類器官的活力。此外，F(xiàn)er-1可有效提高ABCC2高表達類器官的活力。同時，研究人員使用患者來源的腫瘤樣細胞簇(ptc)來模擬ABCC2 24C > t的臨床相關性。手術切除后立即收集的PTC可以更好地模擬腫瘤微環(huán)境并保留原始腫瘤的基因型和表型，為化療結果提供準確的預測。研究人員觀察到具有ABCC2 24C > T的PTC對奧沙利鉑和伊立替康的耐藥性顯著降低, 在其他化療藥物中觀察到類似的趨勢。
基于上述體外研究結果，研究人員通過皮下注射7901 vector細胞和7901 ABCC-KO細胞建立了NOD-SCID小鼠異種胃移植模型。在正常條件下，7901 ABCC-KO組的腫瘤重量和大小與對照組無顯著差異。此外，研究結果表明，在饑餓條件下，SGC-7901 ABCC-KO組與對照組相比，腫瘤重量和大小顯著增加。與ABCC2敲除組相比，經RSL3處理的ABCC2高表達組的腫瘤大小和質量顯著降低。另外，ABCC2高表達的對照組中GSH水平顯著降低，而MDA水平相應顯著升高，支持ABCC2在胃癌細胞鐵死亡中的關鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)進一步證實了ABCC2在胃癌中的腫瘤抑制活性，并提示其作為胃癌預測生物標志物的潛力。
研究小結
在本研究中，研究人員進行了基于多隊列的綜合分析，以闡明ABCC2可以通過谷胱甘肽外排導致AA代謝紊亂，介導脂質過氧化的誘導，終導致鐵死亡的GC細胞。本研究強調了多個鐵死亡靶點的聯(lián)合治療ABCC2水平升高的胃癌的潛力，這有可能揭示胃癌的發(fā)病機制，并有助于開發(fā)新的治療策略。
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