原发性肿瘤来源乳酸经脂滴-BRD4-COUP-TF1轴启动前列腺癌细胞休眠命运

《SCIENCE ADVANCES》：Primary tumor–derived lactate primes prostate cancer cells for a dormant fate

　　

转移结局取决于播散性癌细胞（DCCs）的状态，即导致显性转移或进入休眠。在远处器官定植前，原发肿瘤微环境可能塑造增殖与休眠之间的抉择。本研究中，研究人员鉴定乳酸（LA）——前列腺癌（PCa）原发部位高度丰富的环境代谢物——为休眠状态的关键诱导因素。摄取LA的PCa细胞出现增殖延迟，并通过核受体亚家族2 F组成员1（COUP-TF1/NR2F1）激活而与干性、治疗耐受和侵袭性相关。这些特征依赖于LA驱动的脂滴（LDs）积累，LDs作为脂质来源乙酰基部分的储库，而乙酰基部分对组蛋白乙酰化至关重要。值得注意的是，表观遗传阅读器BRD4对COUP-TF1表达以及休眠的建立和维持必不可少。在LA水平较低的转移部位，休眠特征丢失，使DCCs能够支持转移性生长。最后，靶向LA介导的LD形成或BRD4激活可阻止休眠进入，降低PCa细胞适应性并增加其对（antiproliferative therapies）抗增殖治疗的脆弱性。

研究背景与问题：原发肿瘤（PT）内存在表型和（表观）遗传异质性细胞群体，其中可逆停滞于细胞周期并具有干性和应激耐受的休眠癌细胞是复发和转移定植的重要来源。播散性癌细胞（DCCs）在远处器官形成显性转移还是维持休眠，受肿瘤微环境（TME）代谢状态影响。乳酸（LA）在前列腺癌（PCa）PT中高度富集，且可通过脂滴（LDs）和组蛋白乙酰化促进侵袭与转移，但LA空间分布是否决定PCa细胞休眠命运及其表观机制尚不清楚。研究人员据此提出：PT高LA可能启动休眠，而骨和肺等低LA转移部位促进唤醒。该研究发表于《SCIENCE ADVANCES》。意义在于揭示LA-MCT1-LD-组蛋白乙酰化-BRD4-COUP-TF1轴决定DCC休眠/唤醒，为靶向休眠细胞、降低治疗耐受和转移复发提供依据。

关键技术方法（≤250字）：研究使用PCa细胞系DU145、PC3及shBRD4 DU145；以20 mM LA处理，结合细胞计数、流式细胞术（Ki-67、细胞周期）、mVenus-p27^K?报告系统与荧光激活细胞分选（FACS）分析G₀细胞；用siRNA/shRNA敲低MCT1、COUP-TF1、BRD4，并用AZD3965、TVB-3166、DGAT1/2抑制剂及I-BET762等干预；以BODIPY493/503标记LD、DiD染料追踪慢周期细胞；采用WB、免疫荧光、免疫组化（IHC）和ChIP-qPCR检测H3K27ac；体内建立DU145/PC3异种移植、腹腔乳酸处理、BETi治疗及尾静脉/心内注射转移模型；GC-MS检测组织乳酸；人PCa FFPE来自University Hospital Careggi（低/高Gleason组各n=6，骨转移n=6），并用TCGA-PRAD（n=494）作BRD4-COUP-TF1相关性分析。

研究结果：
1. LA promotes PCa cell quiescence（LA促进PCa细胞静止）：LA处理小鼠DU145异种移植瘤和PC3细胞后Ki-67降低，细胞周期G₀/G₁比例升高、S期减少，p27⁺Ki-67^?细胞及mVenus-p27^K?报告阳性G₀细胞增加；撤除LA后细胞恢复增殖。NaLA或酸性pH不能模拟。结论：LA诱导PCa细胞可逆静止。
2. Monocarboxylate transporter-1 expression dictates PCa cell vulnerability to enter a dormant state（MCT1表达决定PCa细胞进入休眠状态的易感性）：MCT1与Ki-67染色互斥；敲低MCT1或使用AZD3965阻断LA诱导的p27上调、生长延迟、干性和多西他赛耐受，MCT1缺失细胞在竞争中获得优势。结论：MCT1介导的乳酸输入是休眠特征所需。
3. COUP-TF1 induction is responsible for LA-associated dormancy signature（COUP-TF1诱导负责LA相关休眠特征）：RNA-seq显示NR2F1/COUP-TF1是LA上调最显著的休眠相关因子；WB和IHC验证LA增加COUP-TF1，人高Gleason组PT中MCT1与COUP-TF1较高；敲低COUP-TF1逆转LA诱导的Ki-67降低、SOX9升高、球形成、多西他赛耐受和侵袭。结论：COUP-TF1驱动LA相关休眠签名。
4. LA-promoted dormancy is associated with LD formation（LA促进的休眠与LD形成相关）：LA增加LD；抑制FASN或DGAT1/2减少LD并逆转p27上调和COUP-TF1-SOX9轴，恢复增殖并降低干性、多西他赛耐受和侵袭；油酸补充可模拟；DiD^high慢周期细胞中LD、MCT1和COUP-TF1增加。结论：LD积累支持LA诱导的休眠。
5. LA-associated dormancy state is epigenetically controlled by LDs（LA相关休眠状态受LD表观遗传控制）：FASN或DGAT1/2抑制降低H3K27ac；ChIP-qPCR显示LA增加NR2F1/COUP-TF1启动子H3K27ac；BET抑制剂I-BET762或shBRD4降低COUP-TF1、恢复增殖、减少球形成并增加多西他赛敏感性；TCGA-PRAD中BRD4与COUP-TF1正相关；体内BETi降低LA诱导的COUP-TF1并增加Ki-67。结论：BRD4读取组蛋白乙酰化维持COUP-TF1表达和休眠。
6. Environmental LA availability affects PCa cell metastatic behavior（环境LA可用性影响PCa细胞转移行为）：LA撤除恢复增殖并降低COUP-TF1/p27；3D球体实验显示PT样LA预处理增强无LA条件下的球体生长，而持续LA抑制3D生长；小鼠组织中PT乳酸高，肺低，骨经PT条件后降低；p27^High细胞尾静脉注射后更有效形成肺微转移；骨/肺转移细胞COUP-TF1和p27降低而MCT1基本不变；人骨转移COUP-TF1低于高Gleason PT，MCT1无显著差异。结论：PT高LA启动休眠，低LA转移龛促进休眠退出和转移生长。

讨论总结：讨论指出PT代谢微环境可通过LA-MCT1-LD-组蛋白乙酰化-BRD4-COUP-TF1轴预先决定DCC命运；LD与应激抵抗、干性、治疗耐受和转移潜能相关；MCT1、LD形成和BRD4可作为可操作靶点，使休眠细胞退出休眠并增加对紫杉烷等抗增殖治疗的敏感性；低LA的骨和肺微环境可能有利于DCC唤醒，但还需考虑非代谢和系统线索。研究结论翻译：研究人员的研究扩展了对表观遗传和微环境机制促进休眠、干性和转移潜能的理解，通过描绘从PT到骨和肺等远处器官的LA量如何决定肿瘤细胞命运（增殖/休眠）。研究人员发现PCa转移龛中LA水平降低与转移细胞中休眠标志物关闭相关。这与高LA作为转移性疾病预测标志物的研究并不矛盾，因为这些水平现实地来自生长中的糖酵解PT。然而，肺由于高氧水平合理是低LA组织，骨聚焦研究显示该组织LA水平相对低，相比PT水平。因此，研究人员推测低LA浓度可能影响破骨细胞骨吸收、胶原沉积和间充质干细胞成骨分化以及免疫调节，这些过程常与LA感应GPR81受体信号相关。研究人员发现小鼠骨中LA水平略低于PT肿块；研究人员强调PT条件显著影响骨中LA含量，导致LA含量强烈降低，从而有助于准备远处骨转移龛。因此，所有这些情景可能促进休眠DCCs适应并更好满足其增殖需求的环境，尽管应考虑多种非代谢、全身和微环境线索。研究人员观察到MCT1表达在原发和转移环境中癌细胞中保持稳定。这可能解释转移癌生长可能依赖乳酸以外的其他代谢底物，这些底物也由MCT1转运（例如丙酮酸）。最后，研究人员指出代谢和表观遗传可操作策略用于有效治疗靶向。