β-羟基丁酸脱氢酶通过调控NAD+/NADH平衡与线粒体乙酰化促进胰腺癌进展的机制研究

胰腺癌（PDAC）微环境常面临缺氧与营养匮乏，但酮体代谢在其中的作用机制尚不明确。本研究揭示PDAC细胞通过激活酮体合成代谢关键酶BDH1，调控NAD+/NADH平衡及线粒体蛋白乙酰化水平，从而促进肿瘤增殖。该发现为靶向代谢重编程的PDAC治疗提供了新策略。

　　

胰腺癌被称为"癌中之王"，其五年生存率不足14%。这种高度恶性的肿瘤具有独特的微环境特征——超过90%的瘤体由致密基质组成，导致严重的缺氧和营养匮乏。面对如此恶劣的生存条件，胰腺导管腺癌细胞（PDAC）展现出惊人的代谢适应能力。既往研究多聚焦于糖酵解和谷氨酰胺代谢，而酮体代谢这一古老的能量供应途径在PDAC中的作用却充满争议。

酮体（包括β-羟基丁酸HB、乙酰乙酸AcAc等）本是肝脏在碳水化合物缺乏时合成的替代能源。有趣的是，近年发现某些肿瘤能"劫持"这一代谢途径：在黑色素瘤中，AcAc通过激活MEK1通路促进进展；而在结直肠癌中，HB却通过HCAR2-HOPX轴抑制增殖。这种"双面性"使得酮体代谢在肿瘤生物学中的角色扑朔迷离。更令人困惑的是，虽然临床前研究显示生酮饮食联合化疗可抑制PDAC生长，但另一些证据表明PDAC细胞自身就能合成酮体来维持生存。这种矛盾提示我们：酮体代谢在PDAC中可能存在着尚未揭示的独特调控机制。

为解开这个谜团，来自浙江省人民医院的研究团队开展了系统性研究。他们首先通过分析TCGA和GTEx数据库，发现PDAC组织中酮体代谢相关基因普遍上调，其中β-羟基丁酸脱氢酶（BDH1）的表达增幅最为显著。免疫组化证实BDH1在27例PDAC患者的癌组织中明显高表达。体外实验更揭示了一个有趣现象：即使在不含酮体的培养基中，PDAC细胞仍能自主合成并分泌HB和AcAc，且BDH1敲除会显著阻断这一过程。

令人意外的是，外源补充酮体并不能促进PDAC细胞增殖，暗示BDH1的作用可能超越传统的能量供应。研究人员通过siRNA敲低BDH1后，发现细胞NAD⁺/NADH比值显著降低，而这一变化与代谢通路的整体活性无关。进一步实验表明，BDH1通过维持NAD⁺水平来激活线粒体去乙酰化酶SIRT3的活性。当BDH1缺失时，线粒体蛋白乙酰化水平升高，而通过过表达SIRT3或补充NAD⁺前体NR均可部分挽救BDH1缺陷细胞的增殖障碍。

关键技术方法包括：TCGA和GTEx数据库分析（179例PDAC vs 171例正常组织）、单细胞转录组测序（人PDAC样本和KPC小鼠模型）、免疫组化（27对PDAC与癌旁组织）、代谢组学（检测NAD⁺/NADH比值及HB/AcAc水平）、线粒体分离与乙酰化蛋白组分析等。

研究结果部分：

1. 1.

   酮体合成与PDAC正相关：数据库分析和实验验证显示PDAC中酮体代谢基因（尤其是BDH1）显著上调，且PDAC细胞具有自主合成酮体的能力。

2. 2.

   外源酮体不影响PDAC增殖：在高营养、低糖、低氧等多种培养条件下，外源HB或AcAc均未改变PDAC细胞的增殖速率。

3. 3.

   BDH1缺失抑制PDAC增殖：敲低BDH1显著抑制细胞增殖和克隆形成，但不明显诱导凋亡。这种效应不能通过外源补充HB或AcAc来逆转。

4. 4.

   BDH1通过调节NAD⁺/NADH平衡发挥作用：BDH1缺陷导致NAD⁺/NADH比值下降，而过表达NADH氧化酶LbNOX或补充丙酮酸/α-酮丁酸（AKB）可部分恢复细胞增殖能力。

5. 5.

   线粒体乙酰化的关键作用：BDH1缺失导致线粒体蛋白乙酰化水平升高，而SIRT3过表达或NR处理可降低乙酰化并挽救增殖缺陷。

这项发表于《Journal of Cardiology》的研究首次阐明：在PDAC中，BDH1不依赖于酮体的能量供应功能，而是通过独特的"代谢-表观"调控轴——即维持NAD⁺/NADH稳态→激活SIRT3→调控线粒体蛋白乙酰化水平→促进细胞增殖，来驱动肿瘤进展。这一发现不仅解释了既往关于酮体代谢在PDAC中作用的争议，更为重要的是，它揭示了BDH1-NAD⁺-乙酰化轴可作为PDAC治疗的潜在靶点。

特别值得注意的是，该研究突破了传统代谢研究的框架，将代谢酶的功能与表观修饰直接关联。线粒体中超过35%的蛋白质存在乙酰化修饰，这些蛋白参与能量产生、脂肪酸代谢等关键通路。BDH1通过调控这一广泛的"乙酰化网络"来影响肿瘤细胞命运，这为理解代谢重编程如何塑造肿瘤表型提供了全新视角。未来，针对BDH1的抑制剂开发，或与现有NAD⁺调节剂（如NR）的联合治疗策略，可能为改善PDAC这一"冷肿瘤"的治疗效果开辟新途径。