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戏说美脂LipidTalk-21:抑制TGF-β2-LD有望减缓酸中毒诱导的癌细胞浸润和扩散

已有 2041 次阅读 2020-2-22 16:58 |系统分类:科研笔记

徐秀梅,张林强


1.  文章来源介绍

2020123日,比利时Institut de Recherche Expérimentale et Clinique(IREC)Olivier Feron教授实验室在Nature Communications杂志上发表了题为TGFβ2-inducedformation of lipid droplets supports acidosis-driven EMT and the metastaticspreading of cancer cells的文章,发现在不同来源的癌细胞中,酸中毒诱导的TGF-β2活化促进部分上皮-间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition, EMT)和脂肪酸代谢,脂肪酸通过CD36DGAT1促进了脂滴(lipid droplets, LD)的形成,最终为癌细胞浸润提供了能量支持。

 

2.研究背景及科学问题

酸中毒和缺氧都是肿瘤微环境的标志[1],与癌细胞代谢偏好改变和疾病进展有关。有研究表明酸中毒本身可能强烈影响癌细胞代谢[2-4],癌细胞转移的能力与其能量代谢密切联系。通过比较两种细胞群转录组学,发现TGF-β2在不同酸适应癌细胞中呈一致上调,脂质代谢重组与EMT相关。TGF-β2信号是如何促进脂滴形成,脂滴又如何作为能量促进癌细胞局部侵袭和转移扩散?

 

3. 重要发现

1酸中毒型癌细胞中积累大量脂滴

作者首先在酸中毒型的SiHaHCT-116癌细胞中检测到,相较pH 7.4环境而言,pH 6.5时癌细胞积累大量LD,脂质组学分析证实了此时细胞中性脂质含量也是增加的。为了确定参与酸中毒型癌细胞中性脂质积累的因子,作者检测了脂滴蛋白PLIN的表达情况,结果发现, PLIN2mRNA和蛋白表达在pH 6.5环境中是持续增加的,而其他PLIN亚型则没有变化,将PLIN2干扰之后细胞LD积累是显著减少的;CD36DGAT1介导外源脂肪酸摄取和甘油三酯合成、促进LD从头生成;相反,抑制DGAT1能减少LD形成。

 

2脂质分解为癌细胞存活和侵袭提供能量

酸中毒型癌细胞吸收大量外源性脂肪酸,作者推断这些外源性脂肪酸储存在LD中可能是防止产生脂毒性。作者用油酸(OA)处理细胞,结果发现,在沉默PLIN2的情况下,OA处理导致酸中毒型细胞生长受到抑制。LD的另一个作用是在能量匮乏时充当癌细胞的能量来源。作者用Atglistatin抑制甘油三酯脂肪酶(ATGL)活性阻断LDFA的水解释放,发现其加速了低血清培养的癌细胞的死亡、降低了细胞的侵袭能力。说明LD及其释放的脂肪酸增强酸暴露癌细胞的生存和侵袭能力。

 

3TGF-β2信号促进癌细胞侵袭性和LD形成

为了评估酸中毒下癌细胞的侵袭性如何依赖LD,作者比较了pH 6.5pH 7.4环境下细胞转录组。发现,TGFB2及其下游基因FST (follistatin)的表达上调。在各种酸中毒适应的癌细胞中,作者也证实了TGF-β2 mRNA和蛋白水平都显著增加。使用抑制剂将TGF-β2信号通路抑制后,细胞的侵袭能力和细胞内的LD含量都降低。

 

4TGF-β2促进脂肪酸吸收和甘油三酯(TG)积累

在上述基础上,作者又做了一系列实验来理清TGF-β2诱导LD形成和酸中毒适应癌细胞侵袭能力增加的因果关系。首先,作者用TGF-β2处理癌细胞,进行脂质组学分析,发现中性脂质以及饱和和单不饱和脂肪酸均是增加的;随后,使用了14C标记方法证明棕榈酸响应TGF-β2刺激来形成LD,而且CD36DGAT1PLIN2均参与。

 

5EMTTGF-β2刺激的脂肪酸代谢控制

接下来,作者猜想TGF-β2信号通路诱导的LD积累与癌细胞的侵袭能力有关。在SiHa癌细胞中,作者发现间充质标记物(mesenchymal markerSNAIL1ZEB1高表达。抑制TGF-β2信号通路,它们的高表达则下降。沉默ZEB1能阻断癌细胞EMT,减少癌细胞中LD形成。在TGF-β2或者pH 6.5环境下,细胞内的脂肪酸氧化水平显著增加,而抑制CD36或者CPT1,脂肪酸氧化水平和细胞EMT过程显著逆转。

 

6LD能够促进肿瘤生长和转移

最后,为了证明LD能够响应细胞内酸性环境促进肿瘤生长,以及在体内条件下LD可以作为靶点来抑制肿瘤细胞迁移等,作者又采用HT-29细胞(一种结直肠癌细胞系)做了一系列实验。首先,作者证实在pH 6.5条件下,HT-29细胞中观察到的表型与前期其他细胞中的表型是一致的,如LD增多和TGF-β2信号激活。接着,通过静脉注射方式将酸性环境处理的HT-29细胞注射到小鼠体内,发现与对照组(注射未经酸性环境处理HT-29细胞)相比,酸性环境处理的HT-29细胞更容易在小鼠肺部浸润。将实验组小鼠再用抑制脂肪酸氧化的抑制剂(etomoxir)处理时,小鼠肺部肿瘤细胞浸润得到显著缓解。利用人咽鳞癌细胞(FaDu)和结肠癌细胞(HCT-116)均得到相似结果。

 

4. 对领域的贡献

本文发现酸中毒诱导的脂代谢偏好依赖于TGF-β2TGF-β2进一步刺激FA的摄取和导致LD的形成来促进EMT。而将CD36DGAT1介导的LD形成过程抑制时能够防止癌细胞在酸性环境下形成较强的侵袭能力。因此,本文为预防和治疗酸性环境中肿瘤细胞的增殖和浸润提供新的策略。

 

5. 存在问题及分析

虽然有报道酸中毒是肿瘤微环境的一个重要特点,作者也做了大量的实验证实了TGF-β2-LD axis在酸性环境对肿瘤细胞生存和浸润具有非常重要作用,然而,这些实验结果大多是在体外条件下获得的,但是在具体的临床实际中,肿瘤组织中TGF-β2-LD axis是否同样被激活尚不得而知,需要后期在临床样本中来证实。另外,肿瘤细胞为何要先把摄取的脂肪酸转运到脂滴存储、再分解后使用,而不是直接利用?这是令人非常困惑问题。

 

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-14262-3 

 

参考文献

1. Corbet, C. & Feron, O. Tumour acidosis: from the passenger to thedriver’s seat. Nat. Rev. Cancer 17, 577–593 (2017).

2. Kondo, A. et al. Extracellular acidic pH activates the sterol regulatoryelement-binding protein 2 to promote tumor progression .CellRep.18,2228–2242(2017). 

3. Nadtochiy, S. M. et al. Acidic pH is a metabolic switch for2-hydroxyglutarate generation and signaling. J. Biol. Chem. 291, 20188–20197(2016).

4. Corbet, C. et al. The SIRT1/HIF2alpha axis drivesreductive glutamine metabolism under chronic acidosis and alters tumor responseto therapy. Cancer Res. 74, 5507–5519 (2014).




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