【原】臭椿酮通过下调丝氨酸生物合成途径，抑制骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力

GoDesign 2022-08-17 发布于北京

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2022年2月Zhang等学者发表了这篇题为“臭椿酮通过下调丝氨酸生物合成途径，进而抑制骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力”的文章[1]。作者从中药植物臭椿中提取的甾体类化合物臭椿酮(Ailanthone，AIL)在体外和体内均具有显著的抗骨肉瘤活性，此外，AIL浓度依赖性地抑制OS细胞的迁移和侵袭，诱导细胞周期阻滞和凋亡。并引起骨肉瘤细胞的诸多代谢途径，如丝氨酸合成途径以及其下游通路呈浓度依赖性下调，为药物相对匮乏的骨肉瘤治疗提供一种新策略。

生物学背景

骨肉瘤(Osteosarcoma, OS)是一种原发性肿瘤，较常发生在20岁以下的青少年或儿童。细胞代谢是生物进行各项生命活动的基础。为获取生长所需的能量和营养物质，癌细胞会通过代谢重编程允许肿瘤实现过度的增殖，以及转移和耐药能力的提高。此前有研究证实，OS的起源和发展与代谢重编程密切相关。例如，与正常的成骨细胞相比，OS细胞有更高的线粒体生物合成水平。鉴于代谢重编程在OS中的重要作用，靶向代谢途径可能为该疾病提供一种新的治疗策略。

——实验结果——

研究伊始，作者通过细胞增殖实验发现臭椿酮显著抑制两种OS细胞系（Saos-2和U-2OS）的增殖能力，并且呈浓度和时间依赖性(图1A)。随后作者采用伤口愈合试验和Transwell试验来检测AIL处理后骨肉瘤细胞的迁移和侵袭能力。如图1B-D所示，与对照组相比，AIL处理后，Saos-2和U-2OS细胞的迁移率和侵袭能力呈浓度依赖性降低。

图1. AIL抑制OS细胞的增殖、迁移和侵袭能力。

为了检测臭椿酮的体内治疗效果，作者对Saos-2异种移植裸鼠进行AIL给药。结果显示，AIL显著抑制Saos2异种移植瘤体积的增加。

由于AIL在体外和体内对OS细胞生长均有明显的抑制作用，因此作者接下来探讨了其作用机理。首先细胞凋亡实验显示，AIL呈浓度依赖性诱导Saos-2和U-2OS细胞凋亡，Western blot检测到BCL-2蛋白下调，cleaved-Caspase-3和BAX蛋白上调。细胞周期分析表明，AIL处理后Saos-2和U-2OS细胞的S期显著减少，而G1期显著增加。G1-S转换相关蛋白cyclinD1和CDK4呈浓度依赖性下调。表明AIL以浓度依赖的方式阻断了OS细胞G1-S的转化。

为了进一步阐明臭椿酮发挥作用的具体机制，作者对AIL或DMSO处理的Saos-2细胞进行了差异蛋白质组学分析以及RNA-Seq分析，将二者进行GSEA分析后得到的富集通路取交集后，得到7条在蛋白组学和转录组学均显著富集的通路，在这7个AIL处理后下调的共有途径中，包括丝氨酸合成通路（SSP），以及其下游的一碳代谢、DNA复制和鞘脂代谢途径。

为了验证上述组学分析中发现的，AIL诱导后SSP表达水平的变化，作者分别用qRT-PCR和Western blot方法检测Saos-2和U-2OS细胞中SSP mRNA和蛋白的表达。实验结果与组学分析所得结论一致，AIL处理后两种OS细胞中PHGDH、PSAT1和PSPH mRNA水平和蛋白水平均显著下调(图2A, B, C)。

图2. AIL处理可下调丝氨酸合成通路的表达。

由于上述数据表明AIL活性的发挥与代谢重编程密切相关，因此作者随后采用代谢组学分析并发现，AIL处理后OS细胞中SSP中间代谢物如3-磷酸羟基丙酮酸、3-磷酸丝氨酸和丝氨酸的相对水平显著降低。并且SSP下游通路的中间代谢产物包括嘌呤代谢、嘧啶代谢和鞘脂代谢等也显著下调。该结论与蛋白组学和转录组学水平的数据一致。因此，作者认为AIL通过下调SSP通路，进而下调叶酸一碳代谢、嘌呤代谢、嘧啶代谢和鞘脂代谢等多种下游途径来发挥抗肿瘤活性。