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陆军军医大学西南医院肿瘤科发表Nature子刊 结直肠癌化疗抵抗新机制


    

陆军军医大学西南医院肿瘤科发表Nature子刊 结直肠癌化疗抵抗新机制

 

氟尿嘧啶(Fluorouracil,Fu)是最常用的尿嘧啶抗代谢药,在肿瘤内科治疗中占有重要地位。然而因药物抗性,极大限制了其治疗结直肠癌的疗效。2019年3月发表于国际期刊《Nature Communications》的一篇文章介绍了,结直肠癌对FU药物敏感性的关键,主要完成单位为陆军军医大学第一附属医院(重庆西南医院)肿瘤科,主要作者包括李建军教授和梁后杰教授等人。

 

根据美国结直肠癌流行病统计,近20年美国的发病率和死亡率持续下降,而据中国国家癌症中心公布的数据,我国结直肠癌发病率和死亡率却在不断攀升。20世纪90年代初以来,单独或联合使用一种类似尿嘧啶的药物氟尿嘧啶(Fu)一直是治疗结直肠癌患者的主要化疗方案。虽然临床上被广泛使用,但其耐药性严重限制了疗效。因此,迫切需要新的抵抗耐药性的策略,而了解癌细胞对Fu产生耐药性的机制是预防或克服耐药性的重要步骤。

 

巨自噬(macroautophagy)是一种细胞分解代谢过程,自噬有潜力为附近所有代谢途径供能,为细胞提供巨大的代谢可塑性。在化疗、放疗和靶向药物的挑战下,自噬能提高细胞生存率和治疗抗性。代谢重编程和代谢酶的异常活跃被认为是恶性肿瘤的特征之一。陆军军医大学重庆西南医院肿瘤科致力于肿瘤化疗抵抗研究,他们此前发现,脂代谢相关基因ABHD5在结直肠癌中起着重要的肿瘤抑制作用。

 

人类结直肠癌患者的ABHD5表达显著降低,2016年他们在《Autophagy》发文证明ABHD5通过调节自噬在维持染色体稳定性和保护基因组完整性方面发挥着关键作用。这些发现促使研究人员探索ABHD5在调控结直肠癌化疗反应中的潜在作用。

 

本文报告,尽管ABHD5在结直肠癌的发展中起着肿瘤抑制作用,但它通过促进RNASET2介导的自噬尿嘧啶生产,意外地虚弱了结直肠癌细胞对FU的敏感性。该研究提示了ABHD5状态对基于FU辅助化疗预后的重要见解。

 

文中他们采用Cyagen Biosciences Inc(赛业生物)提供的人结直肠癌细胞系(SW480等)首先测试了敲除ABHD5后注射入小鼠腹腔与对照组异种移植的区别。令人惊奇的是,来自ABHD5敲除的SW480细胞的异种移植物对FU的敏感性显著增加,表现出了明显的细胞凋亡(图1)。

 

 

陆军军医大学西南医院肿瘤科发表Nature子刊  结直肠癌化疗抵抗新机制 

 

非常有趣,源于DNA错配修复缺陷(dMMR)的结直肠癌细胞HCT116控制ABHD5变量后,其对FU的敏感性影响相对较小。当把研究对象换为肿瘤特异性患者源性异种移植(PDX)模型后,MMR表达正常(pMMR)但ABHD5表达水平低(pMMR/ABHD5low)的PDX小鼠明显受益于FU治疗,相比之下,pMMR/ABHD5high小鼠表现出对FU的抗性,没有从药物治疗中获益。

 

ABHD5high结直肠癌无法从基于FU的化疗中受益

 

据报道,dMMR缺陷的结直肠癌预后有所改善,但是对基于FU的化疗反应较差。约80%的pMMR患者常规接受基于FU的辅助化疗,即使在相似的疾病阶段,患者对化疗的反应也不一致,这带来了一定的治疗不确定性。

 

ABHD5是否可以作为预测pMMR结直肠癌患者能否从基于FU的辅助化疗中获益的证据呢?

 

研究人员将NCBI-GEO数据库中361名pMMR结直肠癌患者分为ABHD5表达高(ABHD5high)和表达低(ABHD5low)亚组,并评估了ABHD5高低与预后以及基于FU辅助化疗的关系。总的来说,ABHD5high亚组的预后优于ABHD5low亚组,引人注意的是,与只接受手术治疗的患者相比,接受FU辅助化疗的患者中,ABHD5low亚组从辅助化疗中受益匪浅,无病生存期明显更长,而ABHD5high亚组就相对没有这么幸运了,但是仍然比只接受手术单一治疗的无病生存期长(图2)。

 

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ABHD5通过提高自噬尿嘧啶产量来降低FU摄取

 

接下来,研究人员试图探索ABHD5调节pMMR结直肠癌细胞对FU反应的机制。首先他们比较了ABHD5敲除细胞和对照SW480细胞的胞内FU浓度。高效液相色谱分析结果十分醒目,与对照组细胞相比,ABHD5敲除细胞内的FU水平显著增加(图3)。

 

 陆军军医大学西南医院肿瘤科发表Nature子刊  结直肠癌化疗抵抗新机制

 

ABHD5基因细胞内的FU水平增加是由于药物吸收能力增加,然而代谢曲线显示,与对照组相比,这些细胞的尿嘧啶含量显著减少,表明ABHD5缺乏可能损害了尿嘧啶的产量,并促使pMMR结直肠癌细胞将FU作为尿嘧啶的外源性来源。在真核细胞中,两种酶(CPS II和UMPS)负责嘧啶生物合成,而ABHD5敲除细胞和对照细胞的这些酶的表达水平均没有变化,表明在结直肠癌中ABHD5可能是通过一种全新的、独立途径影响尿嘧啶产量。

 

研究人员推测溶酶体RNA降解介导了自噬性尿嘧啶的产生,且归因于ABHD5诱导的pMMR/ABHD5high结直肠癌细胞尿嘧啶增加,从而促进了癌细胞对FU的抵抗。随后,研究人员的猜测得到了证实,一种通过靶向自噬体-溶酶体融合的自噬潮抑制剂“氯喹(Chloroquine)”有力地挽救了ABHD5过度表达SW480细胞中的尿嘧啶和FU浓度。这些细胞来源的异种移植物重新恢复了对FU的敏感性。由于课题组之前已经证明ABHD5通过激活BECN1来调节自噬,于是他们怀疑BECN1参与这种情况下的自噬尿嘧啶的产生。但是,结果恰恰出人意料,BECN1激活剂仅稍微逆转了ABHD5敲除SW480细胞的胞内尿嘧啶和对FU的反应,表明ABHD5调节自噬尿嘧啶的产生主要通过BECN1以外的机制调节。

 

为了找到相关互作基因,研究人员通过超高液相色谱-多反应监测质谱(UHPLC-MRM-MS)分析在FU作用下,尿嘧啶相关核苷和核酸碱基随时间变化的含量。在FU处理期间,对照组胞苷和鸟苷含量显著增加,ABHD5敲除细胞仅有少量增加。已知溶酶体中的各种水解酶对大分子(如RNA)的降解是必不可少的,ABHD5可能对溶酶体中RNA降解的第一步所引起的RNA酶的活性起到关键的促进作用,进而导致自噬性尿嘧啶产量下降(图4)。

 

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综合研究数据,ABHD5定位于溶酶体,与RNASET2共享PDIA4中的一个共同互作域。ABHD5直接与PDIA4相互作用,阻止PDIA4与RNASET2相互作用失活RNASET2。ABHD5一旦缺陷,PDIA4与RNASET2发生相互作用,使后者处于失活状态,损害RNASET2诱导的自噬尿嘧啶产量。

 

ABHD5缺乏可促进结直肠癌细胞将FU作为外源尿嘧啶摄入,从而增加其对FU的敏感性。相反,由于自噬尿嘧啶的产量增加,富含ABHD5的结直肠癌细胞对FU存在固有抵抗力。

 

本研究揭示了一种全新的结直肠癌化疗耐药性机制,为提高CRC化疗药物敏感性的潜在治疗策略提供了新思路。

 

原文检索:ABHD5 blunts the sensitivity of colorectal cancer to fluorouracil via promoting autophagic uracil yield