|
Metabolic heterogeneity confers differences in melanoma metastatic potential Nature. 2020 January ; 577(7788): 115–120. doi:10.1038/s41586-019-1847-2. 
背景知识 转移是一个非常低效的过程，其中很少癌细胞能生存下来。限制某些癌症（包括黑色素瘤）转移的因素是氧化应激。黑色素瘤细胞在转移过程中氧化应激增加，必须经历代谢变化才能生存。依赖叶酸通路生成NADPH来对抗氧化应激。NADPH能再生谷胱甘肽（一种对抗氧化应激的缓冲剂）。谷胱甘肽和其他抗氧化剂促进癌症的启动和进展。这表明，亲氧化疗法将抑制一些癌症的进展。 高糖酵解细胞排出乳酸以消除多余的酸和维持糖酵解。因此，乳酸一度被认为是一种废物。事实上，一些癌细胞从培养基中摄入并代谢乳酸。肿瘤细胞通过单羧酸转运蛋白1摄入循环系统中的乳酸，将其作为三羧酸 （TCA） 循环的碳源。乳酸运输增强与更糟糕的疾病结果相关。乳酸消耗可能是更具侵略性的癌症的生物标志。乳酸消耗可能促进癌症进展。 乳酸主要通过单羧酸转运蛋白1和单羧酸转运蛋白4在细胞质膜上运输。单羧酸转运蛋白双向、被动地运输乳酸及相关单羧酸，包括丙酮酸。尽管单羧酸转运蛋白转运多种羧酸，它在体内的主要生理功能是向内转运乳酸，乳酸的转运量至少是其他羧酸的十倍。单羧酸转运蛋白的运输方向取决于乳酸和质子浓度梯度。抑制单羧酸转运蛋白1可以诱导细胞死亡，抑制糖酵解，并能抑制小鼠异种移植瘤生长和癌细胞迁移。然而，大多数对单羧酸转运蛋白的研究是在体外进行的，体外培养的细胞往往比体内的糖酵解性高，单羧酸转运蛋白是否调节体内的癌症进展还不确定。 稳定同位素追踪（代谢流技术）揭示体内高效转移黑色素瘤摄入更多的乳酸 分别使用[U-13C]Glucose、[U-13C]Glutamine、[U-13C]Lactate、[2-2H]Lactate等稳定同位素标记的营养来源给小鼠静脉注射，检测肿瘤内部的代谢信息，发现高效转移黑色素瘤细胞摄入更多的乳酸，乳酸进一步代谢进入TCA循环和生成苹果酸。主导乳酸代谢的LDHA、LDHB蛋白在高效转移黑色素瘤细胞和低效转移黑色素瘤细胞中均有WB检出。乳酸的碳原子供应TCA循环，同时通过NAD+/NADH为苹果酸提供氢原子。 图一 图二 WB、流式细胞仪技术、免疫荧光染色技术揭示高效转移黑色素瘤的单羧酸转运蛋白1（负责乳酸的转运）表达水平更高 使用HCC15野生型作为阳性对照、HCC15 MCT1 KO作为阴性对照，WB检测发现在高效转移的黑色素瘤细胞（M405、M481、UT10）中的MCT1表达水平较低效转移的黑色素瘤细胞（M528、M597、M610）更高。流式细胞仪技术检测同样发现在高效转移的黑色素瘤细胞（M405、M481、UT10）表面的MCT1表达水平较低效转移的黑色素瘤细胞（M528、M597、M610）更高。免疫荧光染色实验同样证明高效转移的黑色素瘤细胞的MCT1表达水平较低效转移的黑色素瘤细胞更高。 加入单羧酸转运蛋白1的抑制剂（AZD），高效转移的黑色素瘤细胞（M405、M481、UT10）的乳酸的摄入显著减少。 图三 图四 抑制单羧酸转运蛋白1（MCT1）对原发皮下肿瘤的生长影响不大，但显著减少循环黑色素瘤细胞数量、减少移植病人肿瘤和小鼠黑色素瘤的转移负担 使用AZD抑制MCT1，DMSO作为阴性对照。发现抑制MCT1对高转移黑色素瘤（M405、M481、UT10）皮下肿瘤生长的影响不大，但显著减少了循环黑色素瘤细胞的数量。使用带荧光标记的细胞系（YUMM1.7、YUMM3.3、YUMM5.2）移植小鼠，同样发现抑制MCT1对皮下肿瘤的生长影响不大，但显著减少了转移负担。 图五 抑制单羧酸转运蛋白1升高了氧化自由基（ROS）水平,抗氧化剂 (NAC) 可以阻断抑制单羧酸转运蛋白1对转移的影响 使用AZD抑制MCT1，DMSO作为阴性对照。发现AZD显著提升了肿瘤细胞的氧化自由基水平。同时，使用抗氧化剂（NAC）阻断AZD的抑制作用。发现AZD和NAC对皮下肿瘤的生长没有显著影响，但NAC可以显著减弱AZD抑制转移的作用。小鼠的解剖结果很直观的展示了AZD和NAC对黑色素瘤（UT10）转移的影响。图七中彩色的斑点为肿瘤细胞发出的荧光信号。AZD显著抑制了肿瘤向肾脏、胰腺等器官的转移，而NAC可以阻断AZD的抑制作用。 图六 图七 稳定同位素追踪（代谢流技术）揭示抑制单羧酸转运蛋白1抑制氧化戊糖磷酸通路 使用[1,2-13C]Glucose稳定同位素标记，经过糖酵解生成的乳酸带M+2标记，经过氧化戊糖磷酸通路生成的乳酸带M+1的标记。比较M+1乳酸和M+2乳酸的比例即可知道戊糖磷酸通路和糖酵解的通量比例。使用AZD抑制MCT1，DMSO作为阴性对照。检测关键的代谢物、M+1乳酸和M+2乳酸的比例的信息，发现AZD显著抑制氧化戊糖磷酸通路、降低了NADH水平。 图八 图九 静脉注射相同黑色素瘤来源的高单羧酸转运蛋白1高表达细胞生成转移肿瘤的能力更强 使用流式细胞仪分选同一肿瘤来源的高表达MCT1细胞和低表达MCT1细胞，移植到小鼠，发现高表达MCT1细胞的转移能力更强。
图十 总结 研究者利用稳定同位素追踪（代谢流技术）发现高转移肿瘤和低转移肿瘤对乳酸的摄入和利用差异。进一步发现乳酸的转运蛋白–单羧酸转运蛋白1（MCT1）的表达量差异。使用MCT1的抑制剂AZD，进行干预实验，发现抑制MCT1造成的氧自由基（ROS）、糖酵解/氧化戊糖磷酸通路、转移能力等一系列差异。进一步发现使用抗氧化剂NAC可以逆转AZD对肿瘤转移能力的抑制。最后通过小鼠的解剖实验和同一肿瘤来源的高表达MCT1细胞和低表达MCT1细胞的转移能力比较证实：黑色素瘤细胞依赖单羧酸转运蛋白1管理氧化应激的代谢差异赋予转移潜能的差异。 稳定同位素追踪（代谢流技术）俨然已经成为肿瘤和免疫研究领域的标准配置。
文献下载： 链接：https://pan.baidu.com/s/16zaJWjoSH9HzfLpKrQcN2A |
|
|
