FAO通路通過抑制失巢凋亡促進(jìn)結(jié)腸直腸癌細(xì)胞遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移

     中山大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院腫瘤研究所徐瑞華教授長期從事消化道腫瘤個(gè)體化治療及抗癌藥物研究。該課題組利用NuRNA™ Human Central Metabolism PCR Array研究發(fā)現(xiàn)在非貼壁的結(jié)直腸癌細(xì)胞中，脂肪酸氧化（FAO）通路被激活。而在轉(zhuǎn)移的腫瘤中，CPT1A表達(dá)上調(diào)，由CPT1A介導(dǎo)的FAO通路激活，通過調(diào)控氧化還原穩(wěn)態(tài)抑制其失巢凋亡，促進(jìn)非粘附的CRC細(xì)胞增殖存活。該研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Oncogene（IF:6.854）。

研究背景
      結(jié)直腸癌（CRC）是最常見的腸胃腫瘤，由于其容易發(fā)生遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移，使之成為腫瘤相關(guān)死亡的主要原因。遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜的過程，具有侵襲性的癌細(xì)胞從原發(fā)腫瘤中脫離，進(jìn)入血液和淋巴管，只有其中一些細(xì)胞可以從血管滲出，并定居在新的器官，形成遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移過程中大部分細(xì)胞，由于脫離原發(fā)灶，失去與胞外基質(zhì)的粘附，導(dǎo)致細(xì)胞失巢凋亡。
      FAO也稱為β-氧化，是脂肪酸分解產(chǎn)生乙酰輔酶A的過程，同時(shí)生成ATP，NADPH，MADH和FADH₂。肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1A（CPT1A）定位在線粒體膜上，是FAO中最主要的限速酶。已有文章報(bào)道，CPT1A與多種腫瘤進(jìn)程相關(guān)�？紤]到FAO參與了非粘附腫瘤細(xì)胞的代謝過程，作者猜測CPT1A在腫瘤細(xì)胞能量代謝調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)移抑制中會(huì)是好的靶標(biāo)。

研究思路：
      該研究著重于CPT1A介導(dǎo)的FAO通路激活，通過維持氧化還原穩(wěn)態(tài)，保護(hù)結(jié)直腸癌細(xì)胞免受失巢凋亡的影響。作者運(yùn)用NuRNA™ Human Central Metabolism PCR Array分析了超低粘附生長的及正常貼壁生長的HCT15和HCT116兩種細(xì)胞中代謝相關(guān)基因的表達(dá)。基因富集分析結(jié)果顯示，兩種細(xì)胞中FAO通路被明顯激活。由于CPT1A是FAO通路的關(guān)鍵基因，作者因此集中于研究CPT1A在CRC轉(zhuǎn)移中的作用。qRT-PCR結(jié)果顯示，在懸浮的CRC細(xì)胞中，F(xiàn)AO通路中的關(guān)鍵基因明顯上調(diào)。其后作者分析了臨床病人中原位腫瘤和轉(zhuǎn)移灶的樣本，發(fā)現(xiàn)CPT1A在轉(zhuǎn)移灶中表達(dá)上調(diào)。
為了進(jìn)一步研究CPT1A在非粘附CRC細(xì)胞中的功能，作者建立了CPT1A敲低的穩(wěn)定株，發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞非粘附生長時(shí)，敲低CPT1A可明顯抑制了細(xì)胞成活與克隆形成，也可以檢測到細(xì)胞失巢凋亡明顯升高。在培養(yǎng)基中添加油酸鹽，可以促進(jìn)CRC細(xì)胞克隆形成，此過程可以被etomoxir抑制，意味著CPT1A介導(dǎo)的FAO激活促進(jìn)非粘附的CRC細(xì)胞增殖存活。
      CPT1A敲低的CRC細(xì)胞中，無法維持NADPH/NADP+和GSH/GSSG的平衡，導(dǎo)致很高的活性氧水平。所以CTP1A誘導(dǎo)的FAO通過促進(jìn)活性氧清除是抑制失巢凋亡的主要因素。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，敲低CPT1A可以減少CRC細(xì)胞的肝轉(zhuǎn)移和肺轉(zhuǎn)移，用etomoxir則可抑制CRC的肝轉(zhuǎn)移和肺轉(zhuǎn)移，預(yù)示著用etomoxir靶向CPT1A可以有效地激活失巢凋亡并減少CRC細(xì)胞轉(zhuǎn)移。

技術(shù)路線：

 
結(jié)果展示：

 
圖1：a實(shí)驗(yàn)流程；b\c  NuRNA™ Human Central Metabolism PCR Array分析代謝相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄變化的火山圖和基因富集分析；
 
圖2: a qPCR驗(yàn)證FAO通路相關(guān)基因在非粘附的HCT116中高表達(dá)，F(xiàn)AO通路被激活；b CPT1A在轉(zhuǎn)移灶中表達(dá)上調(diào)
 
圖3：非粘附HCT116細(xì)胞中敲除CPT1A或在培養(yǎng)基中加入油酸鹽，可以促進(jìn)細(xì)胞失巢凋亡
 
圖4：總結(jié)：進(jìn)入血液的CRC細(xì)胞，由于其CPT1A表達(dá)上調(diào)，F(xiàn)AO信號(hào)通路的激活，為轉(zhuǎn)移的細(xì)胞提供了足夠的還原力，使得細(xì)胞得以克服活性氧應(yīng)激，最終能夠在轉(zhuǎn)移位點(diǎn)存活

研究意義：
    該研究通過NuRNA™ Human Central Metabolism PCR Array篩選出非貼壁結(jié)直腸癌細(xì)胞中高表達(dá)的CPT1A，發(fā)現(xiàn)了CPT1A介導(dǎo)的脂肪酸氧化通路激活，通過維持氧化還原穩(wěn)態(tài)，使CRC細(xì)胞免受失巢凋亡，促進(jìn)存活。預(yù)示著在轉(zhuǎn)移性的CRC患者中，靶向CPT1A將是一個(gè)在臨床上有前景的應(yīng)用
  
原文出處：
CPT1A-mediated fatty acid oxidation promotes colorectal cancer cell metastasis by inhibiting anoikis. Oncogene. 2018