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IVIS視角 | 醛縮酶B介導的果糖代謝誘導了結腸癌肝轉移過程中的代謝重組
點擊次數:992 發布日期:2019-7-25  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
 

癌癥導致的死亡中,大部分是由惡性腫瘤轉移而引起的,在臨床上仍然是一個挑戰。轉移性癌細胞通常與原發癌細胞相似,但它們可能會受到所轉移器官附近環境的影響。本文揭示了結直腸癌(CRC)細胞在轉移至肝臟(一個關鍵的代謝器官)后經歷代謝的重組過程。特別是肝轉移細胞通過GATA結合蛋白6抗體 (GATA6) 上調醛縮酶B (ALDOB)的表達,提高果糖代謝,為腫瘤細胞增殖過程中的主要中心碳代謝提供能量。靶向ALDOB或降低膳食果糖可顯著降低肝轉移性生長,但對原發腫瘤幾乎沒有影響。本文的研究結果表明,轉移細胞可以在新的微環境中利用代謝重組,尤其是在代謝活躍的器官,如肝臟中,對相關通路的操縱可能會影響轉移性生長的過程。

原發性腫瘤逐漸累積遺傳性改變,并受其腫瘤微環境的影響,直到獲得能轉移到遠處器官的能力(Gupta和Massague, 2006;Valastyan和Weinberg, 2011)。這一過程的典型特征是,結直腸癌(CRC)經過腺瘤到癌的順序發展,最終導致轉移(Barker et al., 2009),(約70%的患者) 優先轉移到肝臟這個部位 (Rothbarth和van de Velde, 2005) 。在這個階段,該疾病變得很難治療,并對大多數形式的聯合治療產生耐藥性,使得結直腸癌(CRC)轉移成為癌癥相關死亡的主要原因。無法進行手術的肝轉移患者對化療干預治療效果較差,中位生存期為6至9個月 (Alberts et al., 2005) 。目前針對晚期結直腸癌的化療并不針對肝轉移。部分原因是由于觀察到CRC轉移與任何特定的基因突變并不一致 (Jones et al., 2008) ,而且它們通常與原發腫瘤中的細胞相似。然而,新出現的證據表明,非遺傳改變,如表觀遺傳和代謝重組,可能促進癌癥轉移。將這種機制作為研究的目標可能為開發結直腸癌轉移的治療方法提供新的途徑。

在本研究中,來自臨床樣本和經盲腸移植的體內CRC轉移模型的數據表明,結直腸癌(CRC)肝轉移瘤的特定代謝通路發生了改變。特別是,肝轉移會上調ALDOB的水平,這是一種參與果糖代謝的酶。肝內植入表明肝環境導致CRC細胞上調ALDOB。代謝組學和13C標記的果糖追蹤研究表明,ALDOB促進果糖代謝,促進糖酵解、糖異生和戊糖磷酸途徑。降低ALDOB或限制飲食果糖會抑制CRC肝轉移瘤的生長,但不抑制原發腫瘤或肺轉移瘤的生長,這突出了腫瘤微環境的重要性。

1、在結直腸癌CRC肝轉移中BALDOB表達升高

為了證實ALDOB在肝轉移中的上調,作者將3株CRC細胞株:HCT116和2株肝轉移患者來源的異種移植(PDX)細胞株CRC119和CRC57植入NOD/SCID小鼠的盲腸末端。細胞攜帶雙標記報告基因結構,穩定表達熒光蛋白(mCherry或GFP) 和熒光素酶。在盲腸注射前,流式細胞分選(FACS)分析顯示,這些CRC細胞株中KHK、ALDOB和HK表達均為單峰。注射盲腸后,CRC細胞在2周內首次形成原位腫瘤。隨后,它們在5周內發生了CRC肝轉移。收集原發性盲腸和肝轉移腫瘤后,利用熒光流式細胞儀(FACS)分離CRC細胞。肝轉移瘤的ALDOB水平明顯高于原發性轉移瘤,而KHK和HK水平基本保持不變(圖3B-3D) 。20%至40%的小鼠也出現肺轉移,盡管與原發性盲腸腫瘤相比,肺轉移中ALDOB沒有上調。

 
Figure 3. 肝轉移使體內ALDOB表達升高

為了研究肝臟微環境是否引起CRC細胞中ALDOB的表達上調,本文將HCT116、CRC119和CRC57細胞同時直接注入小鼠肝臟和盲腸。CRC腫瘤迅速在肝臟和盲腸中形成,注射10天后,分別采集腫瘤。腫瘤經盲腸轉移至肝臟之前,在盲腸注射模型中需要3~5周(圖3E)。從采集的腫瘤細胞中,利用熒光流式細胞分選(FACS)分離出CRC細胞。Western blot檢測證實,從肝臟分離的CRC細胞中ALDOB水平高于盲腸分離的細胞,而KHK和HK水平保持相似(圖3F-3H)。另一方面,Transwell遷移實驗中遷移和非遷移的CRC細胞表達了相似的ALDOB水平,這表明ALDOB與遷移能力的增強無關。此外,在體外培養后,肝臟和盲腸分離的腫瘤細胞表達相似的ALDOB水平。綜上所述,這些數據表明肝臟微環境可導致CRC細胞上調ALDOB的表達。

2、ALDOB促進CRC肝轉移瘤的生長

HCT116、CRC119和CRC57細胞中ALDOB 的表達下調(RNA干擾下調表達),不影響體外含葡萄糖或果糖培養基中培養的CRC細胞遷移 。盡管盲腸移植HCT116、CRC119或CRC57細胞與對照載體均可有效發展肝轉移(3個細胞系的5只小鼠中有5只發生了轉移) ,但在盲腸注射模型中,ALDOB下調表達可抑制CRC肝轉移。經shRNA1干擾的ALDOB的HCT116、CRC119或CRC57細胞分別在5只小鼠中僅有2只、2只和2只出現可檢測到的肝轉移,而經shRNA2敲除的小鼠分別為2、1和2只(圖5A-5E) 。此外,從ALDOB 下調表達細胞中的肝轉移比對照細胞中的肝轉移腫瘤少得多,且小得多。然后進行肝內注射,觀察ALDOB是否促進肝內CRC的生長。對照載體的HCT116、CRC119和CRC57細胞在肝臟中生長明顯大于ALDOB表達下調的細胞(圖5F-5H) 。

 
Figure 5. RNA干擾ALDOB表達可抑制CRC肝轉移

3、靶向果糖代謝抑制肝轉移

接下來考慮的是,果糖攝入量的水平是否會影響腫瘤的生長,尤其是在肝臟。注射CRC至盲腸后 (每組5只小鼠) ,高果糖飲食的小鼠顯示CRC肝轉移增加,而不含果糖飲食的小鼠相對于對照組顯示肝轉移減少(圖6A-6D) 。隨后將這兩種治療方法結合起來。對小鼠注射ALDOB基因敲除劑后,然后按規定對其喂食不含果糖的飲食。這正如預期的那樣,抑制了CRC的肝轉移(圖6A-6D) 。將CT26細胞注射到具有免疫功能的BALB/c小鼠的盲腸中,在果糖飲食對肝轉移瘤的影響方面也顯示出類似的結果。一直以來,高果糖飲食降低了老鼠的存活率,而低果糖飲食和低碳水化合物能延長老鼠的存活率。
用相同shRNA結構轉染LV-HCT116細胞,下調ALDOB的表達。與盲腸注射模型一致,ALDOB下調表達和果糖限制飲食抑制了肝臟中CRC腫瘤。關于抑制肝臟LV-HCT116腫瘤,ALDOB下調和果糖限制似乎比5-氟尿嘧啶或奧沙利鉑更有效,這兩種藥物都是晚期和轉移性CRC的一線化療。與ALDOB敲除或果糖限制飲食不同,5-氟尿嘧啶或奧沙利鉑在腫瘤抑制或生存方面幾乎沒有益處。因此, 針對ALDOB和果糖代謝的調節可能會影響肝轉移瘤的生長,并對目前的化療作為一個補充策略。
 

Figure 6. 飲食果糖限制抑制CRC肝轉移

結論

結論:目前的結直腸癌(CRC)化療無法區分轉移部位。然而,CRC細胞從結腸遷移到肝臟后,可能需要適應肝臟的代謝環境。本文證明轉移的CRC細胞有能力適應其轉移器官的營養變化。轉移性CRC細胞上調肝臟中的ALDOB,從而促進果糖代謝,促進中心碳代謝。RNA干擾ALDOB或對果糖飲食限制會抑制CRC肝轉移。得益于活體成像技術的長期、連續的活體檢測的優勢,靶向果糖代謝是治療CRC肝轉移的一個潛在令人興奮的策略。也希望Perkinelmer的活體成像技術為更多疾病模型的開發,代謝通路的研究等帶來更多的幫助。

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