光盘:代谢酶搞副业 癌王欣喜若狂！

来源：奇点蛋糕2022-11-14 09:34

该团队的研究工作揭示了代谢酶GOT2的非经典和非代谢功能，证明了GOT2也可以通过与核脂肪酸配体结合来调节PPAR转录活性，从而干扰免疫相关基因的表达，影响肿瘤生长的免疫环境。

癌症(PDAC)因其极高的死亡率而令人恐惧。虽然目前关于PDAC的几项监管研究已经获得了良好的临床效益，但考虑到PDAC的肿瘤微环境非常复杂，还需要许多研究挖掘来提供线索，以便继续提高免疫治疗的疗效。

代谢异常是肿瘤的重要特征之一。许多代谢酶在肿瘤细胞中异常表达。一方面，他们兢兢业业地做好本职工作，以满足肿瘤快速增殖的需要；另一方面，一些代谢酶还执行非经典的非代谢功能，参与基因表达的调节，并对细胞增殖、存活、凋亡和肿瘤微环境的重塑等生物活动产生影响[1]。

最近，俄勒冈健康与科学大学的Mara H. Sherman团队在《癌症发现》上发表了一篇重要的研究论文[2]。研究人员发现，PDAC细胞中一种看似不起眼的线粒体转氨酶GOT2具有重要的非经典和非代谢功能：它可以调节核脂肪酸的代谢，增强核转录受体PPAR的活性，促进COX2和其他免疫功能相关基因的上调，创造有利于PDAC生长的免疫环境。

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顾名思义，大家都很熟悉的GOT2是一种位于线粒体内的代谢酶，可以将草酰乙酸转化为天冬氨酸，并通过NADPH维持细胞内的氧化还原平衡[3]。然而，也有一些证据表明，GOT2可以影响细胞之间的脂质代谢[4]。

考虑到脂质代谢在实体肿瘤进展中的关键作用，以及在PDAC检测到GOT2表达的异常上调[5，6]，研究人员希望找出GOT2在PDAC进展中的作用，以及它作为线粒体代谢酶如何影响脂质代谢。

首先，研究人员分别构建了GOT2敲除和敲除PDAC细胞系。

体外研究发现，GOT2敲除或敲除对PDAC肿瘤细胞的增殖没有明显影响。然而，将PDAC细胞注射到免疫健康小鼠体内形成肿瘤后，发现与对照组相比，GOT2敲除组和敲除组的肿瘤生长进度明显减慢。然而，用增殖标记物KI-67染色的结果也显示肿瘤细胞的增殖能力没有改变，提示GOT2可能通过改变肿瘤生长环境来影响PDAC的进展。

GOT2基因敲除对PDAC细胞的增殖没有影响。

接下来，研究人员丰富了与GOT2表达相关的信号通路，发现与免疫细胞分化、激活和粘附相关的通路与GOT2表达呈负相关。

此外，研究人员发现，在GOT2敲除组中有更多的CD4和CD8 T细胞浸润到肿瘤中，其中包括KI67和GranzymeB T细胞，它们起到了抗癌作用，AGR免疫抑制巨噬细胞的浸润比例也明显下降。

等等，难道仅仅是因为对照组和GOT2敲除组肿瘤大小的差异，才造成这些浸润免疫细胞的差异吗？

因此，在肿瘤发展的早期，研究人员利用小鼠之间肿瘤体积的微小差异，设置了几个时间点来检测肿瘤中的T细胞浸润率。发现GOT2基因敲除组肿瘤中T细胞的浸润率仍明显高于对照组。而且，当研究人员消除这些浸润性T细胞后，GOT2敲除组的肿瘤生长抑制作用就会消失。

这些结果表明，GOT2可能通过重塑肿瘤中的免疫环境来影响肿瘤的生长。

GOT2敲除增加T细胞浸润

位于PDAC肿瘤细胞线粒体上的GOT2如何影响周围的T细胞？

在仔细分析人类和小鼠PDAC组织后，研究人员发现一些GOT2位于肿瘤细胞的细胞核中。让人想起以前的发现

结果表明，在PDAC肿瘤细胞中，GOT2的表达与PPAR下游靶基因呈显著正相关。此外，发现敲除GOT2后，PDAC细胞核中的PPAR转录活性和PPAR下游靶基因的表达显著下调，包括编码COX2的基因PTGS2。

研究表明，肿瘤细胞中的COX2可以促进微环境中的T细胞耗竭，因此研究人员锁定了这一研究方向。

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他们在GOT2敲除的PDAC细胞中，再次验证表明COX2表达水平明显降低。不仅如此，如果回补野生型GOT2，或是加装核定位信号肽的 加强版 GOT2，都能够恢复PPAR 转录活性和COX2的表达水平，并令GOT2敲除PDAC肿瘤组织中浸润T细胞数量再降低，ARG+的巨噬细胞比例也回复到对照组水平。

这些说明，GOT2确实通过提高PPAR 转录活性来影响肿瘤生长的免疫环境，且COX2起到关键作用。

GOT2提高PPAR 转录活性

为了弄清GOT2是如何与脂肪酸联系起来，研究人员解析出GOT2的蛋白结构，并锁定了5个会和脂肪酸结合的疏水区域。其中在2号区域还会更偏爱与PPAR 的重要配体花生四烯酸结合，并且不同种属之间高度保守。当研究人员选择突变该区域内几个核心位点后，这种突变型GOT2的核定位能力、脂肪酸结合能力以及对PPAR 转录调控作用均会明显被抑制。

此外，研究人员在已敲除GOT2的PDAC小鼠模型中回补野生型的GOT2能够完全挽回肿瘤生长的劣势，并且能够抵消GOT2敲减对肿瘤生长、T细胞浸润的作用。但如果回补的是脂肪酸结合位点发生突变的GOT2，却只能恢复部分肿瘤生长优势，对T细胞和ARG+巨噬细胞浸润也只产生较弱的影响，说明2号区域正是GOT2影响肿瘤生长免疫环境的核心区域。

GOT2与PPAR 配体直接结合

基于上述结果，研究人员认为GOT2-PPAR 间的信号传递是影响PDAC瘤内免疫环境和影响肿瘤进展的关键。于是研究人员在GOT2敲除组小鼠中，给予PPAR 激活的药物或病毒诱导处理，并进行观察。实验结果显示，将GOT2敲除后再次激活PPAR 转录功能，依旧可以重拾免疫抑制作用，并且恢复肿瘤的生长优势。

为了进一步弄清GOT2-PPAR 信号通路具体通过哪些基因影响了免疫，研究人员还使用RNA-Seq筛选出PPAR 激动剂处理组和敲除GOT2组间的差异基因，发现其中许多有涉及到免疫细胞趋化和调控免疫功能的关键基因。

激活PPAR 可抵消GOT2敲减对肿瘤生长和T细胞耗竭的影响

综上，该团队的研究工作揭示了代谢酶GOT2的非经典非代谢功能，证明GOT2还可以通过结合核内脂肪酸配体调控PPAR 转录活性，从而干预免疫相关基因表达并对肿瘤生长免疫环境产生影响。

参考文献：

[1] Xu D, Shao F, Bian X, Meng Y, Liang T, Lu Z. The Evolving Landscape of Noncanonical Functions of Metabolic Enzymes in Cancer and Other Pathologies. Cell Metab. 2021;33(1):33-50. doi:10.1016/j.cmet.2020.12.015.

[2] Abrego J, Sanford-Crane H, Oon C, et al. A cancer cell-intrinsic GOT2-PPARd axis suppresses antitumor immunity [published online ahead of print, 2022 Jul 27]. Cancer Discov. 2022;CD-22-0661. doi:10.1158/2159-8290.CD-22-0661.

[3] Yang H, Zhou L, Shi Q, et al. SIRT3-dependent GOT2 acetylation status affects the malate-aspartate NADH shuttle activity and pancreatic tumor growth. EMBO J. 2015;34(8):1110-1125. doi:10.15252/embj.201591041.

[4] Stump DD, Zhou SL, Berk PD. Comparison of plasma membrane FABP and mitochondrial isoform of aspartate aminotransferase from rat liver. Am J Physiol. 1993;265(5 Pt 1):G894-G902. doi:10.1152/ajpgi.1993.265.5.G894.

[5] Auciello FR, Bulusu V, Oon C, et al. A Stromal Lysolipid-Autotaxin Signaling Axis Promotes Pancreatic Tumor Progression. Cancer Discov. 2019;9(5):617-627. doi:10.1158/2159-8290.CD-18-1212.

[6] Chakrabarti G, Moore ZR, Luo X, et al. Targeting glutamine metabolism sensitizes pancreatic cancer to PARP-driven metabolic catastrophe induced by -lapachone. Cancer Metab. 2015;3:12. Published 2015 Oct 12. doi:10.1186/s40170-015-0137-1.

这类代谢酶的非经典、非酶功能的相关研究不仅丰富了人们对肿瘤代谢酶的认知，还另辟思路的找到了重塑肿瘤生存环境的新治疗靶点。

在未来，或许对于已知基因非经典功能会有更多新的发现，奇点糕也希望这些基因能够更好的指导药物研发造福临床。

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