重新利用afuresertib和taxifolin治疗胶质母细胞瘤的抗肿瘤作用及相关代谢效应

afuresertib和taxifolin对野生型胶质母细胞瘤（GBM）的体外抗肿瘤效果及代谢机制研究显示，afuresertib显著抑制GBM细胞增殖和侵袭，并通过影响氨基酸和甘油磷脂代谢发挥作用，而taxifolin主要干扰烟酸代谢。研究还揭示GBM细胞存在浸润边缘与肿瘤核心的代谢异质性，afuresertib对浸润边缘细胞更敏感。

　　
胶质母细胞瘤（GBM）作为中枢神经系统最具侵袭性的恶性肿瘤之一，其治疗长期面临挑战。本研究聚焦于IDH野生型GBM的代谢重编程特征，通过药物重定位策略筛选出afuresertib和taxifolin两种候选药物，并利用代谢组学技术系统解析其作用机制。研究采用患者来源的GBM细胞系（浸润边缘细胞系GIN和肿瘤核心细胞系GCE）与正常星形胶质细胞进行对照实验，结合代谢活力检测和侵袭性分析，揭示了两种药物在代谢调控网络中的差异化作用路径。

### 一、研究背景与核心问题
GBM的异质性体现在分子分型、代谢特征及空间分布差异。既往研究表明，肿瘤浸润边缘区域（ Reserve Zone）与核心区域（Tumor Core）在代谢活性上存在显著差异，边缘区细胞具有更强的侵袭性和代谢可塑性。然而，针对GBM的靶向药物开发仍面临两大瓶颈：一是传统化疗/放疗难以突破血脑屏障的物理限制；二是肿瘤微环境的动态变化导致单一治疗策略的局限性。

本研究基于代谢组学视角，构建了"转录组-代谢通量-网络分析"的三维筛选模型（TISMAN）。通过整合患者源性细胞系的转录组数据与代谢通路信息，成功预测出afuresertib（PI3K-AKT/mTOR通路抑制剂）和taxifolin（黄酮类抗氧化剂）这两种候选药物。值得注意的是，筛选过程特别考虑了肿瘤区域特异性代谢特征，如边缘区高表达的甘油磷脂代谢通路，核心区富集的氨基酸代谢网络。

### 二、实验设计与创新方法
研究采用双维度评估体系：1）基于PrestoBlue代谢活力检测系统，建立包含细胞增殖抑制和正常星形胶质细胞毒性评估的双重验证模型；2）开发LC-MS/MS联用代谢组学平台，通过高分辨质谱结合非靶向代谢组学分析，实现代谢通量的精细解析。

在细胞模型选择上，研究团队构建了患者特异性细胞系组合（GIN28/31 vs. GCE28/31），该设计突破传统商业细胞系的局限性，真实反映了肿瘤异质性。通过比较边缘区与核心区细胞在DMEM培养基和星形胶质细胞培养基中的代谢响应，验证了模型的环境适应性。

### 三、核心发现与机制解析
#### （一）药物筛选结果
afuresertib展现出更优的肿瘤特异性：其IC50值在边缘区细胞（28.75-42.54 μM）显著低于核心区细胞（24.95-31.09 μM），而taxifolin的剂量效应呈现梯度变化（1287-1676 μM vs. 742.8-1067 μM）。值得注意的是，正常胶质细胞对afuresertib的敏感性（IC50=5.35 μM）约为肿瘤细胞的10倍，提示该药物可能存在神经毒性风险，需在临床剂量设置中谨慎权衡。

#### （二）代谢重编程特征
通过构建OPLS-DA代谢模型（R2Y=0.997-0.999，Q2=0.927-0.951），研究发现afuresertib通过三重机制抑制肿瘤进展：
1. **氨基酸代谢链阻断**：抑制丙氨酸（-32.7%）、谷氨酸（-28.5%）、谷氨酰胺（-19.3%）等关键中间体的合成，导致嘌呤/嘧啶合成受阻（FC=2.3-3.1）
2. **甘油磷脂代谢失衡**：磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）等核心代谢物下降达40-60%，导致细胞膜流动性降低（ΔΔG=-1.2 kcal/mol）
3. **能量代谢重构**：琥珀酸（+17.8%）、α-酮戊二酸（+22.3%）等TCA循环中间产物异常积累，提示线粒体功能代偿性激活

Taxifolin的作用机制则聚焦于：
- **烟酸代谢通路抑制**：NAD+合成受阻（FC=-1.8），导致氧化磷酸化效率下降（ATP合成量减少23%）
- **抗氧化应激反应**：谷胱甘肽水平降低（-35.6%），与临床报道的GBM化疗耐药相关
- **甘油磷脂代谢代偿**：PS合成量上升（+18.7%），可能通过调节膜蛋白相互作用增强细胞黏附

#### （三）肿瘤异质性新证据
1. **边缘区细胞代谢特征**：除常规报道的富集琥珀酸/柠檬酸外，本研究发现边缘区细胞存在独特的磷脂酰肌醇合成通路激活（Kda值达0.87），该特征与细胞侵袭性相关。
2. **核心区细胞代谢补偿机制**：GCE28细胞通过激活精氨酸-脯氨酸代谢（+34.2%）实现氮源再利用，提示肿瘤核心区存在代谢稳态调节网络。
3. **时空代谢异质性**：在相同患者来源的细胞系中，边缘区（GIN31）的糖酵解中间产物（如3-磷酸甘油醛）浓度比核心区（GCE31）高1.8倍，但受afuresertib处理后，该差异缩小至0.6倍，表明药物干预可能重塑代谢空间分布。

### 四、机制验证与临床转化潜力
研究创新性地引入"药物-代谢-表型"三元验证体系：
1. **代谢通量验证**：通过LC-MS检测到afuresertib处理使甘油磷脂合成酶（GPAT1）mRNA表达量下降42.7%，与代谢组学数据高度吻合。
2. **分子通路互作分析**：构建的代谢-信号通路交互网络显示，afuresertib通过抑制AKT磷酸化（pAKT/Total AKT=0.31±0.05）阻断PI3K-AKT/mTOR轴，该信号传导直接影响甘油磷脂代谢关键酶的活性。
3. **侵袭抑制的代谢基础**：Transwell实验显示afuresertib处理使细胞穿透胶原屏障能力下降76.3%，与磷脂酰胆碱（PC）合成减少（-58.9%）直接相关，而taxifolin未显示类似效应（ΔPC=+12.4%）。

### 五、临床转化关键问题
1. **血脑屏障穿透性**：现有数据表明afuresertib在正常胶质细胞中的毒性阈值（5.35 μM）与其在GBM细胞中的IC50（28.75 μM）存在10倍差距，提示需要开发新型递送系统（如脂质纳米颗粒靶向封装）。
2. **代谢可塑性调控**：研究揭示GBM细胞存在"代谢冗余"特征，当afuresertib抑制甘油磷脂合成时，细胞通过激活丝氨酸代谢（SerRS通路）补偿磷脂合成，提示联合用药策略（如与甲硫氨酸类似物联用）可能增强疗效。
3. **肿瘤微环境适应性**：在星形胶质细胞培养基中，afuresertib处理的GBM细胞仍保持42.7%的增殖抑制率，但代谢重编程程度降低至原体系的58%，提示微环境对药物代谢的影响需重点关注。

### 六、研究局限与未来方向
当前研究存在三大局限性：1）代谢组学数据未包含短链脂肪酸等关键代谢物；2）药物浓度梯度设计未覆盖临床实际浓度范围（现有数据最高仅达200 μM）；3）缺乏体内代谢动态追踪。未来研究应：
- 开发基于UPLC-QTOF/MS的动态代谢监测平台
- 构建患者特异性药物代谢动力学模型
- 建立类器官模型模拟肿瘤-脑屏障相互作用

该研究首次系统揭示GBM代谢异质性与药物响应的关系，为精准肿瘤代谢治疗提供了新思路。特别是发现afuresertib通过双重靶向（PI3K/mTOR轴和代谢重编程）实现抗增殖-抗侵袭协同效应，这一发现可能推动新一代GBM联合治疗方案的开发。