【原】细胞：美食可绕过乳腺癌首次打击

　　乳腺癌易感基因BRCA1和BRCA2是重要的抑癌基因，一旦发生致病突变，容易引起乳腺癌等恶性肿瘤，如果突变发生于种系（旧称胚系或生殖系）细胞还可进一步遗传。不过，并非全部BRCA突变携带者都会发生乳腺癌。1971年，美国德克萨斯大学遗传学家艾尔弗雷德·克努森提出二次打击学说，认为先天遗传因素只是首次打击，经过环境污染、饮食、辐射等后天外界因素再次打击，造成双等位基因突变，才能形成癌症。可是，不少癌症患者并不存在先天遗传因素，或者仅仅单等位基因突变。

　　2024年4月25日，全球自然科学三大旗舰期刊之一、美国《细胞》正刊第187卷第9期正式发表新加坡国立大学、新加坡癌症科学研究所、新加坡科技研究局、英国剑桥大学、德国科隆大学的研究报告，发现糖酵解代谢物甲基乙二醛可使BRCA2基因编码的抑癌蛋白失去活性，从而绕过先天遗传因素首次打击，只需一次打击就能直接诱发癌症。

　　甲基乙二醛又称丙酮醛，是人体内最主要的活性羰基化合物，既可产生于人体内源代谢，也可产生于食品加工和贮藏过程，尤其色香味俱全、含糖量高的烘焙烧烤油炸食品（例如面包、糕点、薯条、薯片、爆米花、玉米片、牛排、红烧肉、巧克力、烤花生、烤串等）和加入高果糖玉米糖浆的碳酸饮料。由于烘焙烧烤油炸等高温加工过程中发生的美拉德反应或者常温下的单糖自氧化作用，丙酮醛可不断产生并积累，这是食品与饮料丙酮醛的主要来源。此外，酯类降解和微生物发酵过程也可产生丙酮醛。在高温下，单糖会发生自氧化形成烯醇，再经逆羟醛缩合反应裂解形成丙酮醛，这一途径在含糖较高的食品加工中占主导。丙酮醛的生成与还原糖和蛋白质的种类、浓度及加工方式密切相关。葡萄糖和果糖含量高的食品中丙酮醛含量较高。例如，高果糖玉米糖浆丙酮醛含量为每毫升1.38～10.88微克，含高果糖玉米糖浆的碳酸饮料丙酮醛可达每毫升1.40微克。多不饱和脂肪酸的氧化或高温降解以及葡萄的乳酸发酵都可产生丙酮醛。部分丙酮醛会继续和蛋白质的氨基发生反应生成晚期糖基化终产物，在高蛋白食品中丙酮醛衍生晚期糖基化终产物含量较高，并且晚期糖基化终产物含量随加工温度升高及时间延长而增多。正常生理状态下，人体内葡萄糖在糖酵解过程中由磷酸丙酮中间体经非酶催化裂解产生丙酮醛，随后被乙二醛酶系统有效降解。但是在高血糖患者体内，丙酮醛的血液浓度为正常人的3～5倍。由于葡萄糖利用出现问题，致使葡萄糖、果糖、磷酸丙糖及糖化蛋白等大量积累，它们都能降解并产生丙酮醛，是血液和组织中丙酮醛水平升高的主要来源；此外，在葡萄糖利用不足时，蛋白质和脂肪也能经代谢分解产生丙酮醛。

　　该研究发现，丙酮醛通过灭活BRCA2可暂时绕过首次打击，从而引发非恶性乳腺细胞或患者来源类器官癌症相关突变单碱基替换特征。种系BRCA2如果已经有单等位基因发生突变首次打击，更容易导致这些变化。在致癌基因KRAS驱动的BRCA2突变小鼠胰腺癌和人类乳腺癌，类似的单碱基替换特征（同样没有双等位基因BRCA2失活）伴随丙酮醛显著增多和DNA损伤。丙酮醛可触发BRCA2蛋白水解，暂时抑制BRCA2抑癌功能，导致功能性单倍体不足。间歇给予丙酮醛可引起偶发单碱基替换突变，但是不会导致BRCA2永久失活。

　　因此，该研究结果表明，丙酮醛诱发BRCA2单倍体不足可暂时绕过首次打击的代谢机制，可能将癌基因、代谢紊乱或饮食问题引起的糖酵解激活与癌症进化相关突变特征联系起来。

　　那么，除了管住嘴，少吃那些容易产生丙酮醛的美食，还有什么办法？近年来发现，一些天然植物化学成分具有优良的丙酮醛清除能力，尤其是天然多酚类化合物，包括茶多酚（儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯、茶黄素、原儿茶酸）、齐墩果酸、大豆异黄酮、苹果多酚、槲皮素、芦丁、白藜芦醇、石榴原花青素、姜黄素、姜辣素、姜烯醇、何首乌芪、红花主要活性成分羟基红花黄色素、蜡果杨梅根皮中分离出的杨梅黄素及二氢杨梅素等。其中，茶多酚大多具有高效的丙酮醛清除活性。例如，绿茶中的主要多酚表没食子儿茶素没食子酸酯能在反应5分钟时捕获并清除超过90%的丙酮醛。

Cell. 2024 Apr 25;187(9):2269-2287.E16. IF: 64.5

A glycolytic metabolite bypasses "two-hit" tumor suppression by BRCA2.

Kong LR, Gupta K, Wu AJ, Perera D, Ivanyi-Nagy R, Ahmed SM, Tan TZ, Tan SL, Fuddin A, Sundaramoorthy E, Goh GS, Wong RTX, Costa ASH, Oddy C, Wong H, Patro CPK, Kho YS, Huang XZ, Choo J, Shehata M, Lee SC, Goh BC, Frezza C, Pitt JJ, Venkitaraman AR.

Cancer Science Institute of Singapore, Singapore, Singapore; National University of Singapore, Singapore, Singapore; A*STAR, Singapore, Singapore; University of Cambridge, Cambridge, UK; University of Cologne, Koln, Germany.

HIGHLIGHTS

• Methylglyoxal (MGO) incites genome-wide SBS mutations in monoallelic BRCA2 mutant cells

• MGO transiently inactivates BRCA2 function, bypassing Knudson's "two-hit" requirement

• Oncogenic or metabolic changes that increase MGO via glycolysis provoke similar events

• This mechanism links metabolic reprogramming, metabolic disorders, or diet to cancer initiation

Knudson's "two-hit" paradigm posits that carcinogenesis requires inactivation of both copies of an autosomal tumor suppressor gene. Here, we report that the glycolytic metabolite methylglyoxal (MGO) transiently bypasses Knudson's paradigm by inactivating the breast cancer suppressor protein BRCA2 to elicit a cancer-associated, mutational single-base substitution (SBS) signature in nonmalignant mammary cells or patient-derived organoids. Germline monoallelic BRCA2 mutations predispose to these changes. An analogous SBS signature, again without biallelic BRCA2 inactivation, accompanies MGO accumulation and DNA damage in Kras-driven, Brca2-mutant murine pancreatic cancers and human breast cancers. MGO triggers BRCA2 proteolysis, temporarily disabling BRCA2's tumor suppressive functions in DNA repair and replication, causing functional haploinsufficiency. Intermittent MGO exposure incites episodic SBS mutations without permanent BRCA2 inactivation. Thus, a metabolic mechanism wherein MGO-induced BRCA2 haploinsufficiency transiently bypasses Knudson's two-hit requirement could link glycolysis activation by oncogenes, metabolic disorders, or dietary challenges to mutational signatures implicated in cancer evolution.

KEYWORDS: DNA repair and replication; breast cancer gene BRCA2; cancer genome; cancer metabolism; environmental carcinogenesis; gene-environment interaction; glycolysis; methylglyoxal; mutational signature; tumor suppression

PMID: 38608703

DOI: 10.1016/j.cell.2024.03.006

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