Cellmetabolism活体基 [复制链接]

年1月美国纽约洛克菲勒大学代谢调节与遗传学实验室K?vanc?Birsoy于CellMetabolism发表文章FunctionalGenomicsInVivoRevealMetabolicDependenciesofPancreaticCancerCells该研究利用活体CRISPR筛选，绘制胰腺癌细胞在培养和作为肿瘤生长所必需的代谢基因图谱。虽然在这些条件下大多数本质都是相似的，但基因筛查确定血红素合成和自噬是肿瘤环境特有的代谢需求。

最近的同位素标记研究认为，人类肿瘤的代谢与培养的癌细胞不同。肿瘤微环境在一定程度上造成了这种差异，因为由于血管系统功能失调，癌细胞经常缺乏营养和氧气。的确，培养中环境营养物质和氧气的变化会对癌细胞代谢产生广泛影响。此外，实体肿瘤非常复杂，包含多种细胞类型，包括血管细胞、成纤维细胞和免疫细胞。许多非癌变细胞类型与其他细胞持续相互作用，并为免疫监测的生长提供代谢支持。这些观察增加了一种可能性，即在培养条件下所做的许多工作可能不能反映人类肿瘤细胞和营养的复杂性。尽管最近试图在体内总结肿瘤代谢状态，大多数人类肿瘤类型的营养成分仍有待定义，而基质细胞和免疫细胞中癌细胞增殖所需的代谢途径仍不清楚。胰腺导管腺癌(PDAC)是一种侵袭性疾病，其特征是腺脂间质、严重缺氧和免疫抑制微环境。rasandtp53突变在PDACs中很常见，并有助于支持合成代谢过程和营养清除的代谢变化。之前的研究已经确定了涉及PDAC进展的自噬、半胱氨酸摄取、andalanine代谢的代谢途径。然而，作者目前缺乏对胰腺肿瘤进展过程中必需代谢通路的完整理解，以及环境因素是如何导致这些依赖的。这样的研究将为这些治疗选择有限的癌症确定潜在的治疗靶点。

图1：代谢聚焦CRISPR筛选素揭示胰腺肿瘤的代谢依赖性

为了解决这个问题，作者使用代谢聚焦的CRISPR库，在小鼠KrasG12D/Trp53RHmutant(KP)PDAC细胞系模型中进行了基因筛选，并比较了培养或as培养的癌细胞的代谢依赖性肿瘤。这些筛选揭示了在体外生长的基本代谢基因之间惊人的相似性，提示培养系统可能是研究代谢依赖性的合理模型。此外，作者发现几个代谢途径对肿瘤进展有不同的要求，并决定了可能导致代谢依赖的选择性压力。作者的分析鉴定了血红素合成的稳定性，归因于环境诱导的血红素降解酶Hmox1的上调，这是一种独立于组织来源或免疫系统的作用。这些筛查也指出，自噬是免疫逃避的唯一代谢需求。只有在免疫系统完整的情况下，自噬的丧失才会降低肿瘤的生长，并在体外增强CD8+T细胞的杀伤作用。从机制上讲，自噬丧失使胰腺肿瘤对TNF诱导的凋亡敏感。总之，作者的工作提供了在培养或作为肿瘤生长的胰腺癌细胞的代谢必要性的比较纲要，并揭示了可能用于治疗的潜在靶点。

图2：色素驱动的癌症的代谢本质部分是由起源组织决定的

利用平行功能丧失筛选，作者的研究提供了胰腺癌细胞在培养和作为肿瘤生长时的代谢依赖性的比较概要。令人惊讶的是，体外玻璃红素体内代谢必要性之间的高度相关性表明，培养条件可能再现肿瘤中相当一部分的代谢依赖性，并可能为研究癌症代谢提供一个合理的近似方法。然而，作者的工作也发现了肿瘤环境中唯一的代谢依赖亚群，并且突变型胰腺癌和肺癌细胞都有代谢依赖亚群。特别是，作者发现血红素合成在肿瘤中是一种常见的代谢易变性，这表明最近在更好的模型肿瘤营养条件方面的努力具有重要意义。这可能是由于缺氧或ROS导致Hmox1的上调，这使得皮下移植肿瘤对血红素的可用性有更强的需求。有趣的是，Hmox1此前已被证明受到多种应激条件和信号通路的调控。例如，肺肿瘤通过激活抗氧化反应通路的主调节因子NRF2上调Hmox1。因此，Hmox1在不同肿瘤背景下上调的确切机制仍有待确定。与对组织起源蛋白代谢的强大影响一致，大多数依赖，作者确定的这项工作是特异性的胰腺癌细胞和未观察到的肺癌。

图3：血红素合成是一种kras驱动的体内肿瘤的代谢依赖

值得注意的是，在所有的评分途径中，自噬是唯一能使胰腺癌细胞逃避免疫系统的代谢过程。虽然作者的实验表明，自噬对TNFa介导的细胞死亡具有保护作用，但之前的工作表明，自噬也参与MHC-I的呈现，并影响不同细胞系中表面emhc-分子的运输。鉴于自噬丢失对MHC-I表达的影响在不同的细胞系中是不同的，自噬可能通过多种机制使免疫逃避，这取决于上下文。此外，肿瘤微环境的复杂性并不排除MHC-I呈现和细胞因子不敏感性的组合可能在免疫逃避中发挥作用。尽管自噬的缺失增加了胰腺癌细胞系的敏感性，但这种敏感性增强的确切机制以及自噬如何保护细胞免受细胞因子介导的死亡尚不清楚。

图4：自噬是一种免疫依赖的代谢倾向，能够在PDAC中实现免疫逃逸

尽管有几项研究表明自噬与其他类型的细胞中TNFa信号相关，这是由于坏死增加或依赖Rip1的凋亡，但作者的研究结果显示，胰腺癌细胞中存在类似的不依赖Rip1的表型。这些研究结果提示，自噬可能与其他下游的TNFa接头有关蛋白质。TNFais是一种多功能细胞因子，已被证明在不同环境下均能促进和抑制肿瘤生长。与此相一致的是，在体内阻断TNFa会破坏肿瘤的生长，并可能掩盖自噬缺失对TNFa介导的凋亡的影响。未来的工作需要确定下游连接蛋白，这可能会提高作者对自噬如何保护细胞免受TNFa介导的细胞死亡的理解，并导致治疗策略。由于许多胰腺癌显示出高自噬通量和免疫抑制环境，作者甚至没有充分认识到靶向自噬相关的胰腺肿瘤生长的免疫调节，这可能与当前的免疫疗法有效结合。总之,作者的筛查揭示了微环境限制和免疫系统引起的新陈代谢依赖性，为潜在的基于新陈代谢的抗癌策略提供了资源。。

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