Cell Metabolism：功能基因组学确定胰腺癌中的代谢脆弱性

2020年11月，纽约大学医学中心等单位的相关研究人员在《Cell Metabolism》上发表了题为“Functional Genomics Identifies Metabolic Vulnerabilities in Pancreatic Cancer”的研究论文，为研究癌症代谢的多种模型系统的优缺点提供了见解，并突出了胰腺肿瘤中易处理的代谢靶标。

亮点概述：

CRISPR筛选揭示了PDA肿瘤体内和体外的代谢依赖性
揭示了体内代谢依赖性与体外代谢依赖性的惊人重叠
细胞间的营养共享可以掩盖汇总筛选中的依赖性，突显了这种研究肿瘤代谢方法的局限性
尽管3D培养可能会更好地建模，并影响某些致癌信号通路的漏洞，但2D和3D培养之间的代谢依赖性相似

研究背景：

胰腺导管腺癌（PDA）是一种致命的肿瘤，其特点是复杂的代谢适应，在严重缺氧和营养有限的肿瘤微环境（TME）中促进生存。PDA对改变的代谢途径的依赖性已引起人们对发现代谢脆弱性并将其作为治疗目标的极大兴趣。

现有证据表明，在营养丰富的体外环境中生长的癌细胞的代谢可能无法完全反映肿瘤，并且由于人工生长条件，2D培养可能无法如实反映代谢依赖性。体外培养可能会高估某些代谢物或途径对体内生长的贡献，或者相反掩盖肿瘤中发现的药物代谢脆弱性。

然而，PDA的体内代谢研究一直是一个具有挑战性的课题。体内同位素示踪等技术具有丰富的信息，但分析限制，如无法解释TME内的异质细胞类型，可能使确定肿瘤细胞对代谢物分布的贡献变得困难。此外，细胞间的营养共享和清除不会通过肿瘤体积测量来衡量，技术上的局限性阻碍了肿瘤特异性代谢的全面研究。

为了系统地研究PDA中的代谢脆弱性，研究人员开发了一种混合遗传筛选方法来确定对PDA生长发育必不可少的代谢途径，使用体内和体外系统的并行CRISPR-Cas9筛选，发现体内代谢依赖性与体外代谢依赖性的惊人重叠，与体外条件相比，体内条件中最依赖差异的前三个基因中的两个是血红素生物合成途径的成员（Hmbs [胆色素原脱氨酶]和Cpox [卟啉原氧化酶]），血红素的生物合成是体内和体外代谢之间的主要途径差异之一。

并行CRISPR-Cas9代谢筛查揭示了PDA中的代谢依赖性

研究人后随后证实了血红素代谢对PDA肿瘤生长的重要性，Hmbs的损失会导致显着的生长抑制。而体外代谢串扰掩盖了血红素生物合成的必要性，这表明细胞间的营养共享可以掩盖汇总筛选中的依赖性，突显了这种研究肿瘤代谢方法的局限性。

在3D培养中生长的肿瘤细胞通常表现出较慢的增殖速度以及核心的营养和氧气限制，这可能更类似于体内生长。此外，3D培养中的基质可能会限制营养物交换。为了研究在3D基质中生长的细胞可以更好地概括在TME中发现的代谢物交换的假设，研究人员接着在3D培养条件下进行了相同的筛选。总体而言，2D和3D培养的代谢依赖性相似，但3D培养系统可更好地模拟肿瘤代谢细胞的信号轴，角鲨烯合成酶（Fdft1）对2D、3D和体内肿瘤生长表现出不同的依赖性。Fdft1编码甲羟戊酸途径中的一种酶，催化从焦磷酸法尼酯合成角鲨烯，是胆固醇合成的第一步。Fdft1似乎对2D生长是不必要的，但对体内和3D增殖都是必需的。Fdft1的破坏通过减少增殖以细胞自主和非细胞自主的方式起作用，但也使细胞对免疫监视敏感。进一步研究表明，Fdft1可增强Akt信号传导， Fdft1的敲除通过抑制Pi3k / Akt信号传导来阻止PDA肿瘤的增殖，并引发免疫反应。

3D培养揭示了对Fdft1的不同依赖性

最后，研究人员在PDA的B6同基因皮下移植模型中使用Fdft1抑制剂TAK-475评估了Fdft1抑制的功效和耐受性。结果发现，用TAK-475处理的荷瘤小鼠显示出明显的肿瘤生长降低，此外，经TAK-475治疗的肿瘤显示CD8 + T细胞浸润增加，对治疗的肿瘤的分析还显示出凋亡死亡的增加。与Fdft1在人类PDA细胞系中的重要性一致，表达Fdft1高水平的PDA患者肿瘤显示出较差的总体存活率。这些数据表明，Fdft1是PDA肿瘤的靶向性代谢因子。