結(jié)直腸癌化療抵抗新機(jī)制

 

氟尿嘧啶（Fluorouracil，F(xiàn)u）是最常用的尿嘧啶抗代謝藥，在腫瘤內(nèi)科治療中占有重要地位。然而因藥物抗性，極大限制了其治療結(jié)直腸癌的療效。2019年3月發(fā)表于國(guó)際期刊《Nature Communications》的一篇文章介紹了，結(jié)直腸癌對(duì)FU藥物敏感性的關(guān)鍵，主要完成單位為陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院（重慶西南醫(yī)院）腫瘤科，主要作者包括李建軍教授和梁后杰教授等人。

 

根據(jù)美國(guó)結(jié)直腸癌流行病統(tǒng)計(jì)，近20年美國(guó)的發(fā)病率和死亡率持續(xù)下降，而據(jù)中國(guó)國(guó)家癌癥中心公布的數(shù)據(jù)，我國(guó)結(jié)直腸癌發(fā)病率和死亡率卻在不斷攀升。20世紀(jì)90年代初以來(lái)，單獨(dú)或聯(lián)合使用一種類似尿嘧啶的藥物氟尿嘧啶（Fu）一直是治療結(jié)直腸癌患者的主要化療方案。雖然臨床上被廣泛使用，但其耐藥性嚴(yán)重限制了療效。因此，迫切需要新的抵抗耐藥性的策略，而了解癌細(xì)胞對(duì)Fu產(chǎn)生耐藥性的機(jī)制是預(yù)防或克服耐藥性的重要步驟。

 

巨自噬（macroautophagy）是一種細(xì)胞分解代謝過(guò)程，自噬有潛力為附近所有代謝途徑供能，為細(xì)胞提供巨大的代謝可塑性。在化療、放療和靶向藥物的挑戰(zhàn)下，自噬能提高細(xì)胞生存率和治療抗性。代謝重編程和代謝酶的異�；钴S被認(rèn)為是惡性腫瘤的特征之一。陸軍軍醫(yī)大學(xué)重慶西南醫(yī)院腫瘤科致力于腫瘤化療抵抗研究，他們此前發(fā)現(xiàn)，脂代謝相關(guān)基因ABHD5在結(jié)直腸癌中起著重要的腫瘤抑制作用。

 

人類結(jié)直腸癌患者的ABHD5表達(dá)顯著降低，2016年他們?cè)凇禔utophagy》發(fā)文證明ABHD5通過(guò)調(diào)節(jié)自噬在維持染色體穩(wěn)定性和保護(hù)基因組完整性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)促使研究人員探索ABHD5在調(diào)控結(jié)直腸癌化療反應(yīng)中的潛在作用。

 

本文報(bào)告，盡管ABHD5在結(jié)直腸癌的發(fā)展中起著腫瘤抑制作用，但它通過(guò)促進(jìn)RNASET2介導(dǎo)的自噬尿嘧啶生產(chǎn)，意外地虛弱了結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)FU的敏感性。該研究提示了ABHD5狀態(tài)對(duì)基于FU輔助化療預(yù)后的重要見解。

 

文中他們采用Cyagen Biosciences Inc（賽業(yè)生物）提供的人結(jié)直腸癌細(xì)胞系（SW480等）首先測(cè)試了敲除ABHD5后注射入小鼠腹腔與對(duì)照組異種移植的區(qū)別。令人驚奇的是，來(lái)自ABHD5敲除的SW480細(xì)胞的異種移植物對(duì)FU的敏感性顯著增加，表現(xiàn)出了明顯的細(xì)胞凋亡（圖1）。

 

 

 

非常有趣，源于DNA錯(cuò)配修復(fù)缺陷（dMMR）的結(jié)直腸癌細(xì)胞HCT116控制ABHD5變量后，其對(duì)FU的敏感性影響相對(duì)較小。當(dāng)把研究對(duì)象換為腫瘤特異性患者源性異種移植（PDX）模型后，MMR表達(dá)正常（pMMR）但ABHD5表達(dá)水平低（pMMR/ABHD5^low）的PDX小鼠明顯受益于FU治療，相比之下，pMMR/ABHD5^high小鼠表現(xiàn)出對(duì)FU的抗性，沒有從藥物治療中獲益。

 

ABHD5^high結(jié)直腸癌無(wú)法從基于FU的化療中受益

 

據(jù)報(bào)道，dMMR缺陷的結(jié)直腸癌預(yù)后有所改善，但是對(duì)基于FU的化療反應(yīng)較差。約80%的pMMR患者常規(guī)接受基于FU的輔助化療，即使在相似的疾病階段，患者對(duì)化療的反應(yīng)也不一致，這帶來(lái)了一定的治療不確定性。

 

ABHD5是否可以作為預(yù)測(cè)pMMR結(jié)直腸癌患者能否從基于FU的輔助化療中獲益的證據(jù)呢？

 

研究人員將NCBI-GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中361名pMMR結(jié)直腸癌患者分為ABHD5表達(dá)高（ABHD5^high）和表達(dá)低（ABHD5^low）亞組，并評(píng)估了ABHD5高低與預(yù)后以及基于FU輔助化療的關(guān)系�？偟膩�(lái)說(shuō)，ABHD5^high亞組的預(yù)后優(yōu)于ABHD5^low亞組，引人注意的是，與只接受手術(shù)治療的患者相比，接受FU輔助化療的患者中，ABHD5^low亞組從輔助化療中受益匪淺，無(wú)病生存期明顯更長(zhǎng)，而ABHD5^high亞組就相對(duì)沒有這么幸運(yùn)了，但是仍然比只接受手術(shù)單一治療的無(wú)病生存期長(zhǎng)（圖2）。

 

 

 

ABHD5通過(guò)提高自噬尿嘧啶產(chǎn)量來(lái)降低FU攝取

 

接下來(lái)，研究人員試圖探索ABHD5調(diào)節(jié)pMMR結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)FU反應(yīng)的機(jī)制。首先他們比較了ABHD5敲除細(xì)胞和對(duì)照SW480細(xì)胞的胞內(nèi)FU濃度。高效液相色譜分析結(jié)果十分醒目，與對(duì)照組細(xì)胞相比，ABHD5敲除細(xì)胞內(nèi)的FU水平顯著增加（圖3）。

 

 

 

ABHD5基因細(xì)胞內(nèi)的FU水平增加是由于藥物吸收能力增加，然而代謝曲線顯示，與對(duì)照組相比，這些細(xì)胞的尿嘧啶含量顯著減少，表明ABHD5缺乏可能損害了尿嘧啶的產(chǎn)量，并促使pMMR結(jié)直腸癌細(xì)胞將FU作為尿嘧啶的外源性來(lái)源。在真核細(xì)胞中，兩種酶（CPS II和UMPS）負(fù)責(zé)嘧啶生物合成，而ABHD5敲除細(xì)胞和對(duì)照細(xì)胞的這些酶的表達(dá)水平均沒有變化，表明在結(jié)直腸癌中ABHD5可能是通過(guò)一種全新的、獨(dú)立途徑影響尿嘧啶產(chǎn)量。

 

研究人員推測(cè)溶酶體RNA降解介導(dǎo)了自噬性尿嘧啶的產(chǎn)生，且歸因于ABHD5誘導(dǎo)的pMMR/ABHD5^high結(jié)直腸癌細(xì)胞尿嘧啶增加，從而促進(jìn)了癌細(xì)胞對(duì)FU的抵抗。隨后，研究人員的猜測(cè)得到了證實(shí)，一種通過(guò)靶向自噬體-溶酶體融合的自噬潮抑制劑“氯喹（Chloroquine）”有力地挽救了ABHD5過(guò)度表達(dá)SW480細(xì)胞中的尿嘧啶和FU濃度。這些細(xì)胞來(lái)源的異種移植物重新恢復(fù)了對(duì)FU的敏感性。由于課題組之前已經(jīng)證明ABHD5通過(guò)激活BECN1來(lái)調(diào)節(jié)自噬，于是他們懷疑BECN1參與這種情況下的自噬尿嘧啶的產(chǎn)生。但是，結(jié)果恰恰出人意料，BECN1激活劑僅稍微逆轉(zhuǎn)了ABHD5敲除SW480細(xì)胞的胞內(nèi)尿嘧啶和對(duì)FU的反應(yīng)，表明ABHD5調(diào)節(jié)自噬尿嘧啶的產(chǎn)生主要通過(guò)BECN1以外的機(jī)制調(diào)節(jié)。

 

為了找到相關(guān)互作基因，研究人員通過(guò)超高液相色譜-多反應(yīng)監(jiān)測(cè)質(zhì)譜（UHPLC-MRM-MS）分析在FU作用下，尿嘧啶相關(guān)核苷和核酸堿基隨時(shí)間變化的含量。在FU處理期間，對(duì)照組胞苷和鳥苷含量顯著增加，ABHD5敲除細(xì)胞僅有少量增加。已知溶酶體中的各種水解酶對(duì)大分子（如RNA）的降解是必不可少的，ABHD5可能對(duì)溶酶體中RNA降解的第一步所引起的RNA酶的活性起到關(guān)鍵的促進(jìn)作用，進(jìn)而導(dǎo)致自噬性尿嘧啶產(chǎn)量下降（圖4）。

 

 

 

綜合研究數(shù)據(jù)，ABHD5定位于溶酶體，與RNASET2共享PDIA4中的一個(gè)共同互作域。ABHD5直接與PDIA4相互作用，阻止PDIA4與RNASET2相互作用失活RNASET2。ABHD5一旦缺陷，PDIA4與RNASET2發(fā)生相互作用，使后者處于失活狀態(tài)，損害RNASET2誘導(dǎo)的自噬尿嘧啶產(chǎn)量。

 

ABHD5缺乏可促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞將FU作為外源尿嘧啶攝入，從而增加其對(duì)FU的敏感性。相反，由于自噬尿嘧啶的產(chǎn)量增加，富含ABHD5的結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)FU存在固有抵抗力。

 

本研究揭示了一種全新的結(jié)直腸癌化療耐藥性機(jī)制，為提高CRC化療藥物敏感性的潛在治療策略提供了新思路。

 

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