2022-06-25

Cancer Discov丨肥胖相关胰腺癌高度依赖应激颗粒，相关靶点揭秘

原创 珍奇 图灵基因 2022-06-25 08:03 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学机制

撰文：珍奇

IF：39.397

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亮点：

本研究验证了通过相分离细胞器应激颗粒(SGs)的应激适应介导了PDAC的发展；预先存在的压力条件（如肥胖）是肿瘤SG依赖性的驱动力；SG水平的提高是肥胖相关的PDAC的关键决定因素和化疗预防目标。

肥胖是癌症的主要诱发因素之一，与肥胖相关的压力是癌症风险和进展的一个关键驱动因素。先前研究已经确定了相分离细胞器——应激颗粒（SGs）是突变的KRAS依赖的应激适应媒介。然而，肿瘤发生对细胞器的依赖性尚不清楚。2022年6月8日，《Cancer Discovery》杂志发布了一篇名为“Stress Granules determine the Development of Obesity-associated Pancreatic Cancer”的文章。作者建立了SGs与胰腺导管腺癌（PDAC）之间的因果关系，发现在肥胖相关的PDAC中，SGs相关的依赖性急剧增加。此外，他们发现了一个以前未知的SGs调节器和组成部分，即丝氨酸/精氨酸蛋白激酶2（SRPK2），这是肥胖相关PDAC中SG形成的一个特定决定因素。结果表明，在肥胖相关的PDAC中，SRPK2介导的SG形成是由IGF1/PI3K/MTOR/S6K1途径的过度激活驱动的，而S6K1的抑制可以选择性地减弱SG，并损害肥胖相关的PDAC 发展。

癌细胞具有一系列特性，这些特性被统称为癌症的应激表型，反映了癌症组织中存在的各种细胞应激的突出水平。由于细胞压力不利于生存，肿瘤的发生与癌细胞激活压力适应机制的能力相互关联，如巨噬细胞、自噬和未折叠蛋白反应（UPR）。这些应激适应机制中的每一个都是针对应激类型的，并通过增强癌细胞的适应性以及对治疗的抵抗力来促进肿瘤的发生。与特定的压力适应机制相比，SGs是一种非膜性细胞器，在应对几种肿瘤相关的压力（包括氧化压力、缺氧、ER压力、营养剥夺和渗透压力）时聚集起来。SGs是通过液-液相分离（LLPS）形成的生物分子凝结物，并将数百种蛋白质和数千种mRNA分子分隔开。虽然在受SGs影响的生物途径方面还有很多有待发现，但它们对细胞在压力下的生存至关重要，与胰腺导管腺癌（PDAC）细胞特别相关。肥胖是一种不断增长的全球流行病。肥胖使胰腺癌的发病风险和死亡率增加一倍，有证据表明，与肥胖相关的细胞压力是肥胖相关癌症的一个关键中介。这里作者确定了SGs作为一种泛应激适应机制，在PDAC发展中的必需性，而肥胖预先存在的压力将决定SG介导的应激适应的更高选择压力，以及肥胖相关的PDAC对SGs的更高依赖性。

近期研究表明，SG的形成是由36种蛋白及其相关的mRNA相互作用决定的，而G3BP蛋白是这个网络的一个中心节点。为了评估SG在PDAC生长中的作用，他们利用了PDAC细胞系，该细胞系来自KRAS驱动的小鼠PDAC（mPDAC）的KPC（LSL-KrasG12D/+; LSL-Trp53R172H/+; Pdx-1-Cre）基因工程小鼠模型（GEMM）。正如预期的那样，在没有压力刺激的细胞培养条件下，SG是不存在的。由于肿瘤内的癌细胞暴露在不同类型的压力下，有人认为驱动SG形成的关键成核分子可能会相应改变，他们评估了G3bp1敲除是否影响了ER压力和缺氧下的SG形成。结果表明，在几种普遍的肿瘤相关压力下，敲除G3bp1会减弱PDAC细胞的SG形成。

为了确定G3BP1敲除对肿瘤生长的影响是由于其作为SG核子的功能，他们评估了针对另一个SG核子，即T细胞限制性细胞内抗原样1（TIAL1）蛋白，是否会复制G3BP1敲除的效果。数据显示，两个本来功能不同的SG核子分子的单独下调对hPDAC的生长有类似的影响。因此，这些结果支持以下观点 G3BP1和TIAL1敲除对肿瘤生长的影响是由SGs介导的。为了最终确定G3BP1敲除对PDAC生长的影响是由于抑制SG的形成，他们利用了一个"合成"构建体，该构建体由参与SG形成的G3BP1的异源结构域组成，并且以前被证明可以逆转G3BP1/G3BP2敲除细胞SG的形成，这些结果将SGs与PDAC的发展联系起来。

为了评估肥胖相关PDAC对SGs的依赖性，他们用萤火虫荧光素酶慢病毒构建体转导了携带NT-或G3bp1 shRNA的KPC-4662细胞，通过生物发光成像实时跟踪mPDAC正位肿瘤的发展。结果正如预期的那样，肥胖小鼠正位PDAC的发病、进展和维持受到SG抑制的明显影响，肥胖相关PDAC的生长和维持对SG的依赖性更高。随后，他们探究了SG抑制对肥胖相关和ST mPDAC的生长是否有不同的影响。肥胖相关小鼠与ST小鼠的生长的不同影响是由于细胞死亡和/或增殖所致。与ST小鼠相比，SG抑制导致DIO小鼠的细胞死亡更高。这些结果表明，SGs可以促进体内癌细胞的增殖和生存。然而，当SGs在DIO环境中被抑制时，观察到的肿瘤细胞死亡的特异性增强表明，肥胖相关的PDAC对SGs的生存有更大的依赖性。值得注意的是，约40%的DIO小鼠在SG抑制肿瘤后，通过生物发光或大体检查没有发现肿瘤。胰腺和周围组织在第300天的终结点没有发现肿瘤。这些数据共同证明，肥胖相关PDAC的发展和进展高度依赖于SGs。

肥胖相关PDAC对SG的高度依赖和SG水平的提高表明，肥胖可能调节细胞信号，促进应激状态下的癌细胞形成SG。肥胖症的病理是错综复杂和多系统的，包括由于脂肪组织在血液中分泌的因素导致的主要信号改变，以及代谢途径和组织平衡机制的紊乱。为了确定肥胖增强PDAC中SG水平的机制，他们最初评估了肥胖者中循环水平改变的分泌因子，最终确定IGF1是促进PDAC细胞中SG形成的首要肥胖相关分泌因子。IGF1与IGF1受体（IGF1R）特异性结合，导致受体及其下游效应途径的酪氨酸激酶活性的磷酸化和激活。IGF1R抑制剂苦参碱（PPP）能特异性地抑制IGF1R激酶域激活环中的酪氨酸Y1136的磷酸化，在hPDAC细胞中损害了IGF1刺激的IGF1R磷酸化和AKT的下游激活，并使SGs减少到与对照组细胞相当的水平。这些发现表明，在肥胖相关的PDAC中，IGF1R的激活 PDAC优先由升高的IGF1与胰岛素驱动。

磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）和丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）是IGF1/IGF1R激活下游的两个主要途径，因此他们评估了PI3K和MEK抑制对SG水平的影响。他们评估了抑制PI3K和MEK对IGF1处理和载体处理细胞中SG水平的影响。这些结果表明，IGF1通过一个不依赖MEK但依赖PI3K/AKT/mTOR的机制促进SG的形成。鉴于这些发现，他们试图确定S6K1/S6K2信号对IGF1介导的hPDAC细胞中SG形成的贡献。用S6K1特异性抑制剂PF4708671处理hPDAC细胞阻断了IGF1介导的SG形成，但在没有IGF1的情况下对SG形成没有影响，由此表明IGF1通过一个S6K1依赖但MEK和eIF2α不依赖的机制促进SG形成。IGF1/S6K1依赖性地将SRPK2分配到SG中，表明IGF1促进SG形成的能力可能是由SRPK2磷酸化介导的。

为了证实以上研究结果与人类PDAC的相关性，他们检查了65名患者的肿瘤样本，统计了由细胞角蛋白8（CK8）标记的上皮细胞区的SG指数。在所有的病人样本中都能观察到SGs，其流行程度是不均匀的。SG水平在不同的身体质量指数（BMI）队列中差异很大。因此，他们发现与BMI<25的患者相比，BMI>25的患者的肿瘤样本中SG水平增加了约5倍。总之，这些结果确定SG上调是肥胖相关PDAC的一个关键特征和独特的脆弱性。

教授介绍：

Elda Grabocka，托马斯杰斐逊大学助理教授。Grabocka实验室的研究集中在发现RAS驱动的癌症的独特弱点，以及如何利用这些弱点来开发新的治疗靶向策略。其中，研究重点是破译反常的RAS信号传导对胰腺癌发展的贡献。他们对确定突变的RAS如何胁迫癌细胞和肿瘤微环境的应激适应机制以促进肿瘤进展和耐药性感兴趣。为此，Grabocka实验室致力于了解突变的RAS如何调控应激颗粒的形成，并且已将这一细胞过程与KRAS驱动的肿瘤的抗药性联系起来。实验室正在进行的研究包括建立三维细胞培养模型和小鼠模型，研究应激颗粒在KRAS肿瘤耐药性中的作用，阐明驱动癌症中应激颗粒形成的分子途径，以及确定作为治疗干预的候选分子目标。其他研究兴趣包括致癌信号和压力刺激的合作，以促进获得促肿瘤的特性，以及在RAS驱动的癌症中DNA损伤反应信号通路的重新编程。

参考文献：

Guillaume Fonteneau, Alexandra Redding, Hannah Hoag-Lee, Edward S. Sim, Stefan Heinrich, Matthias M. Gaida, Elda Grabocka; Stress Granules determine the Development of Obesity-associated Pancreatic Cancer. Cancer Discov 2022; candisc.1672.2021.https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-21-1672