FAM50A通过调控C9ORF78增强ASNS介导的??-天冬酰胺合成促进乳腺癌脑转移

乳腺癌脑转移(BCBM)是临床治疗的重大挑战。中国科学技术大学团队发现FAM50A通过结合C9ORF78上调天冬酰胺合成酶(ASNS)，促进??-天冬酰胺(??-Asn)生成，显著增强乳腺癌细胞迁移侵袭能力。该研究揭示了FAM50A-C9ORF78-ASNS信号轴在BCBM中的关键作用，为靶向氨基酸代谢治疗脑转移提供了新策略。

　　

乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤，尽管早期乳腺癌治愈率较高，但一旦发生远处转移，患者5年生存率将显著降低。在乳腺癌转移的常见部位中，脑转移(BM)尤为棘手，不仅发生率高达15-24%，更是导致患者死亡的主要原因。特别值得注意的是，人表皮生长因子受体2阳性(HER2⁺
)和三阴性乳腺癌(TNBC)患者发生脑转移的风险显著高于管腔型乳腺癌。目前针对乳腺癌脑转移的治疗手段有限，这主要归因于血脑屏障(BBB)阻碍了大多数药物的进入，因此深入解析乳腺癌脑转移的分子机制迫在眉睫。

已有研究表明，某些营养物质在癌症转移中扮演重要角色。天冬酰胺合成酶(ASNS)催化合成的天冬酰胺(??-Asn)已被证实能通过促进上皮-间质转化(EMT)参与乳腺癌转移过程。在急性淋巴细胞白血病(ALL)中，由于癌细胞ASNS表达水平低，使其对天冬酰胺酶(??-ASNase)治疗敏感，该药物已获批用于ALL临床治疗。然而，ASNS在乳腺癌脑转移中的具体作用及其上游调控机制尚不清楚。

中国科学技术大学的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表重要研究成果，通过整合单细胞RNA测序(scRNA-seq)、免疫组化(IHC)、基因敲除和体内外功能实验等多种技术手段，系统揭示了FAM50A-C9ORF78-ASNS信号轴在乳腺癌脑转移中的关键作用。研究发现FAM50A通过与C9ORF78在S121位点特异性结合，显著增强ASNS转录活性，促进??-Asn合成，进而提升乳腺癌细胞的迁移侵袭能力，最终促进脑转移发生。

研究采用的主要技术方法包括：从公共数据库(GSE43837和GSE100534)获取乳腺癌原发灶和脑转移灶的基因表达谱进行差异分析；利用患者组织样本进行免疫组化检测；通过CRISPR-Cas9基因编辑构建FAM50A敲除细胞系；采用心内注射法建立乳腺癌脑转移小鼠模型；结合质谱分析和免疫共沉淀鉴定蛋白相互作用；通过双荧光素酶报告基因和染色质免疫沉淀(ChIP)分析转录调控机制。

研究结果部分：

"Identification of family with sequence similarity 50 member A as a potential driver of BCBM"
通过对两个独立队列(GSE43837和GSE100534)的差异基因分析，研究人员筛选出239个和223个在乳腺癌脑转移中差异表达的基因，其中FAM50A、DNTTIP1和SAMM50三个基因在两组中共同出现。生存分析显示，FAM50A高表达与患者较差的总生存期(OS)和远处转移无病生存期(DMFS)显著相关。单细胞测序分析进一步证实，FAM50A在具有高转移潜能的肿瘤细胞亚群中表达水平最高。

"FAM50A governs the migration, invasion, and BM of breast cancer cells"
功能实验表明，过表达FAM50A显著增强乳腺癌细胞的迁移侵袭能力，而敲除FAM50A则产生相反效果。通过心内注射建立的脑转移小鼠模型证实，FAM50A过表达促进脑转移发生，而抑制FAM50A表达则可延缓脑转移进程、延长小鼠生存期。

"FAM50A promotes cell migration and invasion at least partially dependent on direct interaction with C9ORF78"
质谱分析和免疫共沉淀实验鉴定出C9ORF78是FAM50A的关键相互作用蛋白。研究发现FAM50A第121位丝氨酸(S121)对该相互作用至关重要，该位点在物种间高度保守。功能回复实验证实，敲低C9ORF78可逆转FAM50A过表达引起的促转移效应。

"ASNS responds to the interaction between FAM50A and C9ORF78 to facilitate BCBM"
RNA测序分析发现ASNS是FAM50A调控的关键下游靶基因。机制研究表明，FAM50A通过与C9ORF78结合，增强ASNS启动子活性，促进其转录表达。动物实验证实，过表达ASNS可挽救FAM50A敲低导致的脑转移抑制表型。

"ASNS promoted BCBM by catalyzing ??-asparagine synthesis"
研究人员构建了ASNS催化活性缺失突变体，发现其丧失促转移能力。补充??-Asn可增强乳腺癌细胞迁移侵袭，而??-ASNase处理则产生抑制作用。跨内皮迁移(TEM)实验证实，??-Asn促进肿瘤细胞穿过血脑屏障，而限制??-Asn摄入的饮食干预可延缓脑转移进程。

"Clinical significance and correlation between the FAM50A-ASNS axis and BCBM"
临床样本分析显示，FAM50A、C9ORF78和ASNS在乳腺癌组织中的表达水平呈显著正相关，且在有淋巴结转移的肿瘤中表达更高。单细胞测序数据表明，高表达FAM50A-ASNS信号轴的肿瘤细胞亚群具有更强的侵袭转移能力。

"Targeting the FAM50A-ASNS axis as a therapeutic strategy"
治疗实验显示，??-ASNase与顺铂联用可协同抑制脑转移，显著延长荷瘤小鼠生存期。这为临床治疗乳腺癌脑转移提供了新的联合用药策略。

在讨论部分，作者指出FAM50A作为神经发育相关分子，其促脑转移作用的发现具有特殊意义。研究不仅揭示了FAM50A-C9ORF78-ASNS这一全新的促转移信号轴，还证实靶向该通路的治疗潜力。特别值得注意的是，虽然乳腺癌细胞具有一定ASNS表达水平，但通过??-ASNase降低系统??-Asn浓度仍可有效抑制脑转移，这为拓展??-ASNase在实体瘤治疗中的应用提供了理论依据。

该研究的创新点在于：首次阐明FAM50A在乳腺癌脑转移中的关键作用；发现FAM50A通过S121位点与C9ORF78特异性结合调控ASNS表达的分子机制；证实??-Asn在促进肿瘤细胞跨血脑屏障过程中的重要作用；提出靶向氨基酸代谢治疗脑转移的新策略。这些发现为理解乳腺癌脑转移的分子机制提供了新视角，也为开发新型治疗手段奠定了重要基础。