抑制孕激素受体通过激活G6PD介导的磷酸戊糖通路增强管腔型乳腺癌恶性表型

《Cell Death & Disease》：PR inhibition stimulates G6PD expression to enhance malignancy in luminal breast cancer

本研究针对管腔型乳腺癌中孕激素受体(PR)低表达与患者预后不良的临床难题，揭示了PR缺失通过激活转录因子NRF2上调葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)表达，从而驱动磷酸戊糖通路(PPP)代谢重编程，最终促进肿瘤恶性进展的分子机制。该研究不仅阐明了PR作为预后标志物的生物学基础，还提出了靶向G6PD的精准治疗新策略，为PR低表达管腔型乳腺癌患者提供了潜在的治疗靶点。

　　

在乳腺癌的众多亚型中，管腔型乳腺癌是最为常见且预后相对较好的一类。然而，临床医生和研究者们早已注意到一个令人困惑的现象：同样是管腔型乳腺癌，那些孕激素受体(PR)表达水平较低的患者，其肿瘤往往更具侵袭性，复发和死亡的风险也显著更高。这就像是在一群“温和”的肿瘤中，混入了一些披着羊皮的“狼”，它们虽然表面上属于预后较好的类型，但内在的恶性程度却不容小觑。为什么PR低表达会与肿瘤的恶性程度挂钩？这背后隐藏着怎样的生物学机制？这些问题一直是乳腺癌研究领域亟待解答的谜题。

为了揭开这个谜团，Jae Woong Jeong、Janghee Lee等研究人员在《Cell Death & Disease》上发表了一项重磅研究。他们从临床观察出发，结合多组学分析和功能实验，首次系统性地阐明了PR低表达如何通过激活一个名为磷酸戊糖通路(PPP)的关键代谢途径，为肿瘤细胞“加油充电”，从而驱动其恶性进展。这项研究不仅为理解管腔型乳腺癌的异质性提供了新的视角，更重要的是，它指出了一个全新的治疗靶点，为那些PR低表达、预后不佳的患者带来了新的希望。

关键技术方法

本研究综合运用了多种前沿技术手段。在临床数据分析方面，研究人员利用公共数据库中的单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据、癌症基因组图谱(TCGA)数据以及延世大学(Yonsei)队列的临床样本，通过生物信息学分析揭示了PR表达与代谢通路之间的关联。在机制探索方面，研究团队在MCF7和T47D两种管腔型乳腺癌细胞系中，通过慢病毒介导的短发夹RNA(shRNA)技术敲低了PR的表达，并利用转录组测序(RNA-seq)和染色质免疫共沉淀(ChIP)等技术，深入解析了PR缺失后下游的转录调控网络。在功能验证层面，研究采用了细胞增殖、克隆形成、划痕愈合、细胞周期分析以及海马能量代谢分析(Seahorse)等实验，全面评估了PR缺失对肿瘤细胞恶性表型的影响。最后，通过使用G6PD抑制剂(G6PDi)进行药物干预，验证了该通路作为治疗靶点的可行性。

研究结果

1. 单细胞测序揭示：增殖性管腔上皮细胞中PR低表达与PPP通路激活密切相关

为了在单细胞水平上探究PR表达与肿瘤细胞行为的关系，研究人员首先对已发表的管腔型乳腺癌患者单细胞RNA测序数据进行了深入分析。他们成功地将肿瘤组织中的细胞分成了8个不同的细胞亚群，包括管腔上皮细胞、肌上皮细胞、免疫细胞等。通过进一步聚焦于管腔上皮细胞，他们发现了一个非常有趣的现象：那些处于增殖状态的细胞（即“循环组”），其PR的表达水平普遍较低。这些PR低表达的增殖细胞，不仅表现出更高的细胞周期活性，其21基因复发评分(Oncotype DX? RS)也显著升高，这提示它们具有更强的侵袭性。

更关键的是，基因集富集分析(GSEA)结果显示，这些PR低表达的增殖细胞，其磷酸戊糖通路(PPP)的活性显著增强。PPP是细胞中一个重要的代谢旁路，其主要功能之一是产生NADPH，而NADPH是维持细胞氧化还原平衡、抵抗氧化应激的关键分子。在PPP通路中，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)是催化第一步反应的限速酶，其活性直接决定了整个通路的代谢通量。研究人员发现，G6PD的表达在这些PR低表达的增殖细胞中显著上调。这一发现首次在单细胞水平上将PR的低表达、肿瘤细胞的增殖活性以及PPP/G6PD的激活联系在了一起。

2. 临床数据验证：PR低表达与G6PD高表达及患者不良预后显著相关

为了验证上述发现是否具有临床意义，研究人员利用TCGA数据库进行了大规模分析。结果证实，在管腔型乳腺癌患者中，PR低表达组的PPP通路活性确实显著高于PR高表达组，且G6PD等关键酶的表达水平也明显上调。更重要的是，在延世大学队列的72例管腔型乳腺癌患者样本中，免疫组化染色结果显示，PR低表达与G6PD蛋白的高表达存在显著的正相关关系。

生存分析则揭示了这一关联的最终临床结局。在PR高表达的患者中，G6PD表达水平的高低对生存率没有显著影响；然而，在PR低表达的患者中，G6PD高表达的患者其总生存期显著短于G6PD低表达的患者。这表明，G6PD的高表达是PR低表达患者预后不良的一个重要驱动因素。

3. 体外功能实验：敲低PR可诱导肿瘤细胞恶性表型

为了证实PR与G6PD之间的因果关系，研究人员在MCF7和T47D这两种经典的管腔型乳腺癌细胞系中，通过基因工程技术敲低了PR的表达。结果发现，与对照组相比，PR敲低(PR KD)的细胞表现出更强的增殖能力、克隆形成能力以及迁移能力。细胞周期分析显示，PR KD细胞中处于S期和G2/M期的细胞比例增加，这解释了其增殖加快的原因。这些结果有力地证明，PR的缺失确实能够直接诱导肿瘤细胞获得更具侵袭性的恶性表型。

4. 转录组学分析：PR缺失通过NRF2转录因子上调G6PD表达

为了探究PR缺失是如何导致G6PD表达上调的，研究人员对PR KD细胞进行了转录组测序。分析结果再次确认，PR KD细胞中PPP通路被显著激活。通过整合转录因子活性预测、染色质可及性测序(ATAC-seq)和染色质构象捕获(Micro-C)等多组学数据，研究人员将目光锁定在了转录因子NRF2上。NRF2是细胞应对氧化应激反应的核心调控因子。分析发现，在G6PD基因的调控区域存在一个NRF2的特异性结合位点，并且该区域与G6PD的启动子区域存在强烈的染色质相互作用，形成了一个调控枢纽。

随后的染色质免疫共沉淀(ChIP)实验证实，在PR KD细胞中，NRF2在G6PD基因上的结合显著增加。这一发现揭示了PR缺失导致G6PD上调的直接分子机制：PR的缺失可能通过某种方式激活了NRF2，使其能够更有效地结合到G6PD基因的调控区域，从而像“开关”一样打开了G6PD的表达。

5. 代谢与功能验证：PR缺失诱导代谢重编程并产生G6PD依赖性

功能实验进一步证实了上述机制。海马能量代谢分析显示，PR KD细胞的线粒体呼吸（氧化磷酸化，OXPHOS）能力下降，而糖酵解能力增强，表明细胞发生了从OXPHOS向糖酵解的代谢重编程。同时，PR KD细胞内的NADPH/NADP⁺比值和谷胱甘肽(GSH/GSSG)比值均显著升高，而活性氧(ROS)水平则降低。这表明，由G6PD介导的PPP通路的激活，确实增强了细胞的抗氧化能力，为肿瘤细胞的快速增殖提供了有利的微环境。

最关键的治疗验证是，研究人员发现，PR KD细胞对G6PD抑制剂(G6PDi)的处理表现出极高的敏感性。当用G6PDi处理细胞时，PR KD细胞的增殖被显著抑制，而对照细胞的增殖则受影响较小。这证明，PR低表达的肿瘤细胞对G6PD的活性产生了“成瘾性”依赖，靶向抑制G6PD可以有效“饿死”这些恶性细胞。

结论与讨论

本研究首次系统性地揭示了PR低表达管腔型乳腺癌的一个关键致病机制：PR的缺失通过激活转录因子NRF2，上调了G6PD的表达，从而驱动了磷酸戊糖通路(PPP)的代谢重编程。这种代谢重编程不仅为肿瘤细胞的快速增殖提供了必要的生物合成前体，更重要的是，它通过产生大量的NADPH，增强了细胞的抗氧化能力，帮助肿瘤细胞在恶劣的微环境中生存和增殖，最终导致了更具侵袭性的恶性表型。

这项研究的发现具有重要的临床转化意义。首先，它阐明了PR作为预后标志物的生物学基础，回答了为什么PR低表达的患者预后更差。其次，它提出了一个全新的治疗策略：对于PR低表达的管腔型乳腺癌患者，靶向G6PD可能是一种有效的精准治疗手段。研究数据表明，G6PD抑制剂与内分泌治疗药物他莫昔芬联合使用，可能产生协同抗肿瘤效应，这为克服内分泌治疗耐药提供了新的思路。

当然，这项研究也提出了一些新的科学问题。例如，PR的缺失是如何具体导致NRF2被激活的？这种激活是否与氧化应激信号的改变有关？此外，研究还发现，在细胞中重新表达PR并不能逆转由PR缺失诱导的G6PD高表达和恶性表型，这提示该过程可能涉及了某种不可逆的表观遗传学改变，这将是未来研究的一个重要方向。

总而言之，这项研究不仅为理解管腔型乳腺癌的异质性提供了深刻的见解，更重要的是，它指出了一个明确的、可靶向的代谢弱点，为开发针对PR低表达管腔型乳腺癌的精准疗法奠定了坚实的理论基础。