二甲双胍通过调控叶酸代谢逆转放疗诱导的结直肠癌5-氟尿嘧啶耐药机制研究

本研究针对结直肠癌(CRC)放疗后5-氟尿嘧啶(5-FU)耐药难题，揭示了常规分割放疗(2 Gy×8)通过HM13-GGH-5,10-CH2-THF轴诱导耐药的新机制。复旦大学附属中山医院团队发现放疗上调信号肽酶HM13表达，导致γ-谷氨酰水解酶(GGH)异常剪切和叶酸代谢紊乱，而二甲双胍(Met)可通过增加5,10-亚甲基四氢叶酸(5,10-CH2-THF)水平逆转耐药。该研究为优化放疗后化疗方案提供了重要理论依据，发表于《Molecular Medicine》。

　　

在结直肠癌治疗领域，放疗联合5-氟尿嘧啶(5-FU)化疗是临床标准方案，但令人困惑的是，放疗后使用5-FU往往疗效不佳。这一现象背后的分子机制长期未明，严重制约了治疗效果提升。复旦大学附属中山医院团队通过系统研究，首次揭示了常规分割放疗(2 Gy×8)诱发5-FU耐药的全新机制，并发现糖尿病一线药物二甲双胍(Metformin, Met)可有效逆转这种耐药性。

研究团队采用RNA测序技术筛选出放疗后显著上调的信号肽酶HM13，通过CRISPR-Cas9基因编辑、免疫荧光和液相色谱-质谱联用(LC-MS)等技术，证实放疗通过HM13介导的γ-谷氨酰水解酶(GGH)异常剪切，导致叶酸代谢关键中间体5,10-亚甲基四氢叶酸(5,10-CH₂-THF)水平下降，破坏5-FU作用必需的"FdUMP-TS-5,10-CH₂-THF"三元复合物形成。而Met通过调控一碳代谢，增加细胞内5,10-CH₂-THF储备，在体外和裸鼠移植瘤模型中均显示出显著增效作用。

研究结果部分：

1. IR显著上调CRC中HM13的mRNA表达：RNA-seq分析发现常规分割放疗使HM13表达显著升高，与5-FU耐药细胞系变化一致，临床数据证实HM13高表达患者预后较差。

2. HM13表达水平增加引发IR后的5-FU耐药：基因敲除和过表达实验证实HM13是放疗诱导5-FU耐药的关键因素，抑制剂(Z-LL)2 Ketone可部分逆转耐药。

3. HM13剪切信号肽导致GGH定位和功能改变：生物信息学预测结合实验验证，发现GGH是5-FU代谢通路中唯一含N端信号肽的蛋白，放疗后异常剪切使其滞留胞质，增强水解活性，降低5,10-CH₂-THF水平。

4. GGH信号肽缺失导致细胞叶酸池减少和5-FU耐药：构建缺失信号肽的GGH_-ΔN突变体，证实其通过加速多聚谷氨酸化叶酸代谢物水解导致耐药，补充5,10-CH₂-THF可部分恢复敏感性。

5. Met通过调控细胞叶酸池增强5-FU细胞毒性：Met增加5,10-CH₂-THF和5-甲基四氢叶酸(5-CH₃-THF)水平，与5-FU联用显示显著协同效应(HSA评分13.069)。

6. 5-FU耐药可通过Met联合治疗在体内克服：裸鼠实验证实放疗组肿瘤中5,10-CH₂-THF含量显著降低，而Met+5-FU联合治疗显著抑制肿瘤生长。

该研究首次阐明"HM13-GGH-5,10-CH₂-THF"轴在放疗诱导5-FU耐药中的核心作用，不仅为理解放疗后化疗抵抗提供了新视角，更为临床转化提供了明确靶点。团队提出的Met联合方案，利用已获批药物的"老药新用"策略，具有重要的临床转化价值。研究还提示，不同放疗分次方案可能通过影响HM13表达产生差异化代谢效应，这为个体化放疗方案的优化指明了新方向。