双重代谢靶向策略：线粒体氧化磷酸化与乳酸代谢协同抑制增强弥漫内生型桥脑胶质瘤放疗敏感性

《Cancer & Metabolism》：Metabolic reprogramming in diffuse intrinsic pontine gliomas (DIPG): dual inhibition of mitochondrial oxidative phosphorylation and lactate metabolism to enhance anti-tumor and radiosensitizing effects in DIPG cells

本研究针对弥漫内生型桥脑胶质瘤(DIPG)这一缺乏有效治疗手段的致命性儿童脑肿瘤，探索了联合抑制线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)和乳酸代谢的双重代谢靶向策略。研究人员发现苯乙双胍(phenformin)与二氯乙酸(DCA)联用可有效降低苯乙双胍诱导的乳酸酸中毒，同时通过诱导代谢应激、DNA损伤和凋亡显著增强DIPG细胞的放疗敏感性。该研究为代谢靶向联合放疗治疗DIPG提供了新的思路，尽管体内研究提示需进一步优化给药方案。

　　

在儿童脑肿瘤的残酷世界里，弥漫内生型桥脑胶质瘤(DIPG)无疑是最凶险的存在之一。这种生长在脑干关键区域的肿瘤，由于位置特殊无法手术切除，放疗成为主要治疗手段，但效果只是暂时的——几乎所有的肿瘤都会在一年内复发，90%的患者在确诊后两年内不幸离世。面对这一严峻挑战，科学家们一直在寻找能够增强放疗效果的新策略。

近年来，研究人员发现DIPG肿瘤细胞有一个有趣的特性：它们高度依赖线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)来获取能量。抑制这一过程的关键酶复合体I，例如使用苯乙双胍(phenformin)，在临床前研究中显示出能够增强DIPG对放疗的敏感性。然而，苯乙双胍有一个致命缺陷：它可能引发危及生命的乳酸酸中毒，这一风险曾导致其退出市场。这就提出了一个关键科学问题：能否找到一种方法，既保留苯乙双胍的抗肿瘤效果，又避免其毒性副作用？

澳大利亚悉尼大学Eric Hau和Kristina M. Cook领导的研究团队将目光投向了代谢疗法的组合策略。他们设想，如果同时靶向线粒体氧化磷酸化和糖酵解这两个主要的能量产生途径，可能会对DIPG细胞造成更大的代谢压力，同时减少乳酸的产生。为此，他们选择了二氯乙酸(DCA)，这是一种已知能够抑制丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)、从而促进丙酮酸进入线粒体氧化的药物。DCA在临床上已安全用于治疗先天性线粒体疾病，并且有个案报道显示它能够缓解苯乙双胍引起的乳酸酸中毒。

这项发表在《Cancer & Metabolism》的研究，系统评估了苯乙双胍和DCA联合使用在DIPG治疗中的潜力，特别是在增强放疗效果方面的作用。研究人员开展了一系列精细的实验，从细胞水平到动物模型，全面探索了这一双重代谢靶向策略的有效性和安全性。

主要技术方法

研究使用了三种患者来源的DIPG细胞系(SU-DIPG17、HSJD-DIPG007、SU-DIPG-VI)进行体外实验，并通过HSJD-DIPG007原位移植小鼠模型进行体内验证。关键技术包括：细胞外通量分析检测氧消耗率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)；靶向代谢组学(LC-MS/MS)分析代谢物变化；RNA测序和PCR阵列分析转录组改变；免疫印迹检测蛋白水平；流式细胞术分析细胞周期和凋亡；克隆形成实验评估放疗敏感性；免疫组化分析肿瘤组织。

研究结果

DCA重编程DIPG细胞代谢

研究发现DCA单药处理能够将DIPG细胞的葡萄糖代谢从糖酵解转向氧化磷酸化，表现为OCR升高和ECAR降低。

在所有测试的DIPG细胞系中，DCA增加了来自OXPHOS的ATP比例，降低了来自糖酵解的ATP比例。重要的是，当DCA与苯乙双胍联用时，能够显著抑制苯乙双胍诱导的糖酵解和ECAR升高，同时进一步降低ATP水平。靶向代谢组学证实，DCA能够有效降低苯乙双胍引起的细胞内乳酸积累。

双重代谢抑制诱导协同抗肿瘤效应

苯乙双胍和DCA的联合使用产生了协同抗增殖效果，显著降低DIPG细胞活力。这种组合治疗引发了更强烈的能量应激，表现为AMPK磷酸化水平升高。机制上，联合治疗诱导了氧化应激，增加线粒体和胞质活性氧(ROS)水平，导致DNA损伤标志物γ-H2AX和p-CHK2升高，同时降低DNA修复蛋白p-BRCA1。

减轻肿瘤缺氧和HIF-1α信号

在3D神经球模型中，联合治疗显著降低了缺氧程度和缺氧诱导因子HIF-1α的蛋白水平。转录组分析显示，联合治疗下调了糖酵解和HIF靶基因的表达，同时将葡萄糖代谢转向支持氧化还原平衡的磷酸戊糖途径。

转录组和代谢组重塑

RNA测序显示联合治疗引起广泛的转录组重编程，涉及DNA损伤修复、细胞应激等通路。代谢组学分析发现中心碳代谢重塑，糖酵解和三羧酸循环代谢物减少，而磷酸戊糖途径代谢物增加。

诱导细胞凋亡和G1期阻滞

联合治疗显著增加sub-G1期细胞比例，升高cleaved PARP和cleaved caspase-3水平，证实诱导了细胞凋亡。抗凋亡蛋白Mcl-1的下调进一步促进了这一过程。

增强放疗敏感性

体外克隆形成实验表明，苯乙双胍和DCA联合放疗的三重治疗方案产生了最强的放射增敏效果，表现为γ-H2AX焦点持续存在和克隆形成能力最大程度抑制。

体内研究的挑战

在HSJD-DIPG007原位移植小鼠模型中，虽然短期治疗显示肿瘤负荷和增殖标志物Ki-67减少，但四联治疗方案(药物+放疗)导致明显的体重减轻，提示系统性毒性。最终，该方案未能显著延长小鼠的总体生存期。

研究结论与意义

本研究首次系统评估了苯乙双胍和DCA双重代谢靶向联合放疗在DIPG治疗中的潜力。研究证实，DCA能够有效对抗苯乙双胍诱导的乳酸酸中毒，同时通过加重代谢应激、诱导DNA损伤和凋亡来增强放疗敏感性。这一"代谢合成致死"策略的概念验证为DIPG治疗提供了新思路。

然而，体内研究遇到的毒性挑战提醒我们，将这种强效代谢干预策略转化为临床实践需要谨慎优化。剂量、给药时机和顺序的选择至关重要，可能需要寻找治疗窗更宽的线粒体抑制剂来替代苯乙双胍。此外，考虑到代谢靶向药物可能影响肿瘤微环境和免疫应答，未来研究可以探索将这种策略与免疫治疗相结合的可能性。

这项研究不仅为DIPG这一难治性肿瘤提供了新的治疗思路，也为理解癌症代谢干预的复杂性和挑战提供了重要见解。在追求有效治疗的同时，平衡疗效与安全性始终是转化医学的核心课题。