KRAS突变型结直肠癌中ECHS1乙酰化降解促进BCAA积累及肿瘤增殖的机制研究

针对KRAS突变型结直肠癌（CRC）中支链氨基酸（BCAA）代谢异常促进肿瘤进展的机制不明问题，南方医科大学团队揭示了BCAA通过乙酰化修饰（K204位点）诱导关键代谢酶ECHS1降解，进而激活mTORC1信号通路的分子机制。该研究为KRAS突变型CRC的靶向治疗提供了新策略，成果发表于《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research》。

　　

论文解读

背景与科学问题
结直肠癌（CRC）是全球高发恶性肿瘤，其中约40%患者携带KRAS突变，这类突变常导致治疗耐药和预后不良。KRAS通过重编程代谢网络（如糖酵解、谷氨酰胺代谢）促进肿瘤进展，但支链氨基酸（BCAA，包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）在KRAS突变型CRC中的作用机制尚不明确。此前研究发现，BCAA代谢异常与胰腺癌等肿瘤相关，但其在CRC中的调控机制及治疗潜力亟待探索。

研究设计与技术方法
南方医科大学团队通过以下方法展开研究：

1. 代谢组学分析：检测CRC组织及细胞系中BCAA水平；
2. 基因编辑与功能实验：利用CRISPR/Cas9构建KRAS突变细胞模型，通过CCK-8、EdU和动物实验验证BCAA限制的抑癌效应；
3. 蛋白质修饰分析：质谱鉴定ECHS1乙酰化位点，免疫共沉淀（Co-IP）验证CBP/SIRT3对K204位点的调控；
4. 信号通路研究：RNA-seq和Western blot揭示mTORC1通路激活机制；
5. 临床样本验证：120对CRC组织免疫组化分析ECHS1表达与预后的相关性。

研究结果

BCAA在KRAS突变型CRC中显著富集
通过对比12对CRC与正常组织，发现KRAS突变细胞（如HCT116、SW620）的BCAA水平显著高于野生型（图1A-D）。体外实验证实，限制BCAA供给可特异性抑制KRAS突变细胞的增殖，但对转移无影响（图1E-K）。

ECHS1是BCAA代谢的关键调控因子
KRAS突变细胞中，短链烯酰-CoA水合酶1（ECHS1）表达显著下调（图2A-G）。临床数据显示，ECHS1低表达与患者不良预后相关（图2H）。机制上，BCAA通过剂量依赖性方式降低ECHS1蛋白水平（图2I-K），且ECHS1过表达可抑制mTORC1下游信号分子p-S6K和p-4EBP1的激活（图3B-E）。

乙酰化-泛素化轴介导ECHS1降解
BCAA促进ECHS1的K204位点乙酰化（图4A-I），该修饰由乙酰转移酶CBP催化，并被去乙酰化酶SIRT3逆转（图6A-F）。乙酰化导致ECHS1与底物结合能力丧失（图4L-N），并通过泛素-蛋白酶体途径降解（图5A-H）。

治疗策略的转化价值
动物实验表明，BCAA限制饮食（BRD）联合KRAS G12D抑制剂MRTX1133或抗血管生成药贝伐珠单抗可协同抑制肿瘤生长（图7B-D）。此外，KRAS突变患者组织中ECHS1表达降低，且BCAA代谢酶低表达预示生存率下降（图7E-F）。

结论与意义
该研究首次阐明KRAS突变通过CBP/SIRT3调控ECHS1 K204乙酰化，进而抑制BCAA分解代谢、激活mTORC1通路的机制（图8）。这一发现不仅揭示了代谢异常驱动CRC进展的新机制，还为KRAS突变型患者提供了“饮食干预+靶向治疗”的联合策略。研究发表于《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research》，为代谢靶向药物的开发奠定了理论基础。