饮食增强多胺耗竭重编程神经母细胞瘤：MYCN驱动肿瘤的代谢干预新策略

本期推荐一项针对神经母细胞瘤的突破性代谢疗法研究。为解决高致死性儿童肿瘤神经母细胞瘤的耐药问题，研究团队通过联合应用无精氨酸-无脯氨酸饮食（ProArg-free diet）与二氟甲基鸟氨酸（DFMO）药物，深度耗竭肿瘤多胺（polyamine）水平。研究发现该组合疗法通过诱导核糖体在第三位为腺苷的密码子（A-ending codons）处特异性停滞，选择性抑制细胞周期相关蛋白翻译，同时促进神经元分化程序，最终在MYCN驱动的小鼠模型和患者来源移植瘤中实现20%的完全缓解率。该研究揭示了代谢干预诱导蛋白质组重编程治疗儿科癌症的新范式。

　　

神经母细胞瘤作为起源于神经嵴细胞的分化阻滞性儿童肿瘤，是婴幼儿癌症相关死亡的主要原因之一。尽管近年来免疫治疗和靶向药物取得进展，高危患者长期生存率仍不足50%。MYCN原癌基因扩增是神经母细胞瘤的典型特征，其通过直接上调鸟氨酸脱羧酶（ODC）驱动多胺生物合成，促进肿瘤恶性进展。虽然ODC抑制剂二氟甲基鸟氨酸（DFMO）已获FDA批准用于神经母细胞瘤治疗，但单药疗效有限，且停药后易复发。因此，探索增强DFMO疗效的联合策略成为临床迫切需求。

本研究通过多组学整合分析、稳定同位素示踪、核糖体谱分析（Ribo-seq）等技术手段，结合转基因小鼠模型（Th-MYCN）和患者来源移植瘤（PDX）模型，系统探究了氨基酸饮食限制与DFMO联用的抗肿瘤机制。人类原发性肿瘤样本来自儿童肿瘤学组（COG）生物样本库。

MYCN驱动神经母细胞瘤的代谢特征

通过对MYCN扩增与非扩增原发性肿瘤的代谢组学分析，发现脯氨酸（proline）是最显著上调的代谢物（图1a,b）。在Th-MYCN小鼠模型中，同位素示踪证实肿瘤脯氨酸主要来源于循环摄取和局部合成，而鸟氨酸（ornithine）则主要依赖循环精氨酸（arginine）的转化（图1c-f）。值得注意的是，肿瘤内鸟氨酸氨基转移酶（OAT）表达低下，提示神经母细胞瘤缺乏将脯氨酸转化为鸟氨酸的自主能力。

饮食与药物联用的治疗效益

在Th-MYCN模型中，无脯氨酸-无精氨酸饮食（ProArg-free）联合DFMO治疗显著延长小鼠生存期，20%小鼠获得长期无瘤生存（图2b）。该组合疗法使肿瘤生长减少超过80%，且延迟治疗起始时间仍能有效抑制已建立肿瘤的生长（图2c）。单氨基酸剔除饮食（仅剔除脯氨酸或精氨酸）未能达到同等疗效，凸显双氨基酸剔除的必要性。

多胺耗竭的代谢机制

血清代谢组学显示ProArg-free饮食显著降低鸟氨酸、脯氨酸和精氨酸水平（图3b,c）。肿瘤内多胺检测表明联合治疗使亚精胺（spermidine）水平降低十倍以上，效果优于DFMO单药或联合多胺摄取抑制剂AMXT1501（图3e）。体外实验证实，脯氨酸和精氨酸剥夺培养基与DFMO处理可协同抑制神经母细胞瘤细胞生长，且该效应可被外源性多胺挽救。

翻译调控的分子机制

核糖体谱分析发现联合治疗引起核糖体在第三位为腺苷的密码子（A-ending codons）处特异性停滞（图4d）。该现象与真核翻译起始因子5A（eIF5A）的羟腐胺化（hypusination）状态无关，而是多胺直接调节翻译机制的功能体现。深入分析发现，这些停滞密码子优先出现在细胞周期相关基因中，而神经元分化基因中富含第三位为鸟苷的密码子（G-ending codons）（图4e）。

蛋白质组重编程与肿瘤分化

多组学整合分析显示，联合治疗显著下调细胞周期相关蛋白（如CENPR、KIF2C、CEP57），同时上调神经元分化相关蛋白（图5a）。这些变化与mRNA水平无关，而是由密码子使用偏好性驱动：细胞周期基因富含A-ending codons（38.6% vs 基因组平均18.8%），而分化基因偏好使用G-ending codons（图5b-e）。这种密码子组成差异使得多胺耗竭能够选择性抑制增殖相关蛋白合成，促进分化相关蛋白表达。

治疗意义与临床转化

在患者来源移植瘤模型中，联合治疗重现了显著生存获益和肿瘤分化表型（Extended Data Fig.10）。组织学分析显示联合治疗组肿瘤出现显著神经元分化和神经纤维网（neuropil）增生（图6c）。分子机制上，MYCN蛋白表达选择性下调，但ODC1等多胺通路基因转录不受影响，表明该效应发生在翻译后水平（图6b）。

本研究揭示了代谢干预通过密码子特异性翻译重编程治疗儿科癌症的新机制。联合使用ProArg-free饮食与DFMO可通过深度多胺耗竭，诱导核糖体在A-ending codons处特异性停滞，从而选择性抑制细胞周期蛋白合成，促进肿瘤分化。该策略不仅为神经母细胞瘤提供了新的治疗组合，更开创了通过代谢调控翻译程序靶向癌症特异性密码子使用偏好的新范式。研究表明，特定细胞程序的基因进化出了特征性密码子使用偏好，使得细胞能够在代谢压力下实现协调的翻译重编程，这一过程可被用于激活儿科癌症的分化程序。

该研究的临床转化潜力显著：氨基酸限制饮食已在癌症临床试验中展示可行性（NCT05078775），DFMO是已获批的儿童用药，两者联用具有较好的临床推广前景。未来研究可探索该策略在其他MYC驱动肿瘤中的应用，以及基于密码子使用偏好的新型癌症治疗策略开发。