S8588双靶向降解ACSS2/ACLY抑制致癌性脂质合成并克服口腔鳞状细胞癌代谢补偿

《International Journal of Oral Science》：Dual targeting of ACSS2 and ACLY by a novel inhibitor S8588 suppresses oncogenic lipogenesis and overcomes metabolic compensation in oral squamous cell carcinoma

　　

代谢重编程，尤其是脂质合成代谢（lipid anabolism）增强，是口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）的标志性特征，但针对该过程的有效治疗仍缺乏。在此，研究人员发现乙酰辅酶A合成酶2（acetyl-CoA synthetase 2，ACSS2）与ATP-柠檬酸裂解酶（ATP-citrate lyase，ACLY）的协同激活是OSCC进展的协同代谢驱动因素。既往研究多聚焦于单酶抑制，而研究人员表明ACSS2和ACLY形成维持脂质合成代谢并驱动OSCC进展的代偿网络，为双重抑制提供依据。整合转录组学（transcriptomic）和脂质组学（lipidomic）分析揭示，ACSS2和ACLY同时上调定义了一个代谢侵袭性OSCC亚群，并与不良临床结局相关。双重抑制ACSS2和ACLY可耗竭乙酰辅酶A（acetyl-CoA）、抑制脂肪生成，并在体外和体内损害肿瘤生长。研究人员进一步鉴定S8588，一种基于喹喔啉的小分子，作为双靶点降解剂，诱导ACSS2和ACLY经泛素–蛋白酶体（ubiquitin–proteasome）依赖性降解，从而阻断OSCC增殖。机制上，S8588直接结合两种酶的关键残基，促进其蛋白酶体周转。补充乙酸盐和柠檬酸盐可逆转其抗肿瘤效应，证实乙酰辅酶A耗竭是主要机制。总之，研究结果确立ACSS2/ACLY共激活是OSCC的治疗脆弱性，并提出S8588作为一种有前景的双靶点治疗药物，以瓦解代谢适应性并改善治疗。

论文主体部分解读

研究背景：口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）是头颈区域最常见的恶性肿瘤，局部复发、转移和治疗选择有限，即使采用EGFR靶向治疗和免疫检查点抑制剂，晚期患者临床结局仍不理想。脂质代谢重编程是癌症标志之一，可满足肿瘤生物合成和能量需求；临床前抑制新发脂肪酸合成可降低肿瘤生长。乙酰辅酶A合成酶2（acetyl-CoA synthetase 2，ACSS2）和ATP-柠檬酸裂解酶（ATP-citrate lyase，ACLY）分别将乙酸盐和柠檬酸盐转化为乙酰辅酶A（acetyl-CoA），是脂质合成关键酶，并在营养应激下互补维持乙酰辅酶A稳态。单靶点抑制常被旁路代偿绕过，但OSCC中ACSS2与ACLY是否存在代偿关系及双靶点治疗价值尚不清楚，因此研究人员开展该研究。该论文发表于《International Journal of Oral Science》。研究人员通过多组学、功能学和药物学实验表明，ACSS2/ACLY共激活是OSCC的治疗脆弱性，S8588作为双靶点降解剂可破坏其功能并抑制肿瘤生长，具有重要意义。

关键技术方法概括：临床样本来自中南大学湘雅二医院病理科，包括6例OSCC患者配对新鲜肿瘤与癌旁组织，用于转录组测序、脂质代谢组分析及qRT-PCR、Western blot；另用149例OSCC和50例癌旁石蜡组织行免疫组织化学（immunohistochemistry，IHC）和Kaplan–Meier生存分析。细胞实验采用CAL27、SCC15、SCC9、SCC25及HEK-293T，以短发夹RNA（short hairpin RNA，shRNA）建立ACSS2/ACLY单敲低和双敲低模型，结合MTT、克隆形成、乙酰辅酶A检测和脂质组学；在NCG小鼠建立皮下异种移植模型评估S8588及敲低效应；采用等温滴定量热法（isothermal titration calorimetry，ITC）、分子对接、分子动力学模拟和D412A/I344F突变体验证结合位点；用放线菌酮（cycloheximide，CHX）、MG132、Baf-A1及免疫共沉淀（co-immunoprecipitation，CoIP）-泛素化实验解析降解通路。

研究结果：

High ACSS2 and ACLY expression correlates with poor prognosis in OSCC：对6对OSCC肿瘤与癌旁组织行转录组测序和脂质代谢组分析，发现ACSS2、ACLY等脂质代谢相关基因上调，肿瘤组织脂质代谢物显著积累；qRT-PCR和Western blot证实ACSS2与ACLY在mRNA和蛋白水平升高；149例OSCC与50例癌旁组织IHC显示肿瘤中二者蛋白表达显著更高，且与TNM分期、复发和患者死亡相关；Kaplan–Meier分析显示ACSS2、ACLY高表达及二者联合高表达与更差5年总生存相关，提示二者是OSCC进展驱动因素和候选预后标志物。

Dual inhibition of ACSS2 and ACLY significantly suppresses OSCC growth：在CAL27和SCC15细胞中，单细胞克隆筛选未能获得存活的双敲除（DKO）细胞；shRNA单敲低ACSS2或ACLY会引起另一酶代偿性上调，qPCR也显示相互转录上调；MTT和克隆形成实验表明双敲低比单敲低更显著抑制增殖；NCG小鼠异种移植中双敲低使肿瘤体积和重量下降最明显，Ki67阳性最低，说明ACSS2/ACLY共同维持OSCC生长，双靶向抑制效果更优。

S8588 exhibits dual Inhibitory effects on ACSS2 and ACLY：比较四种ACSS2/ACLY小分子抑制剂后，S8588（VY-3-249）抑瘤作用最强，MTT中IC₅₀约为10 μmol/L，并独特降低ACSS2和ACLY蛋白而不改变其mRNA；双敲低比单敲低更有效解救S8588所致增殖抑制；ITC显示S8588与ACSS2和ACLY结合的解离常数（K_d）在10^?7 M范围；分子对接、分子动力学模拟及D412A（ACSS2）/I344F（ACLY）突变体实验表明D412和I344为关键结合残基，突变降低结合亲和力并使细胞对S8588耐药，证实其直接双靶向作用。

S8588 promotes ubiquitin-mediated degradation of ACSS2 and ACLY：CHX实验显示S8588加速ACSS2和ACLY蛋白降解；MG132可恢复二者蛋白水平，而Baf-A1无影响，说明降解依赖泛素–蛋白酶体途径而非溶酶体途径；内源性和外源性CoIP-泛素化实验显示S8588增强ACSS2和ACLY的多聚泛素链积累，确定S8588为诱导ACSS2/ACLY泛素化降解的双靶点降解剂。

S8588 potently inhibits OSCC growth：MTT和克隆形成实验显示S8588显著抑制CAL27和SCC15增殖，IC₅₀分别为（8.9±2.3）μmol/L和（10.1±3.4）μmol/L；NCG小鼠CAL27和SCC15异种移植中，S8588（10 mg/kg，隔日腹腔注射）显著降低肿瘤体积和重量，体重无显著影响，主要器官未见明显毒性，IHC显示ACSS2、ACLY和Ki67降低，提示S8588体内有效且安全性较好。

S8588 suppresses OSCC proliferation via ACSS2/ACLY-mediated lipid synthesis：S8588处理显著降低CAL27、SCC15细胞及移植瘤中乙酰辅酶A水平；脂质组学显示脂质生物合成下游代谢物明显减少；1%胎牛血清和去脂血清培养增强细胞对S8588的敏感性；外源乙酸盐或柠檬酸盐可剂量依赖性逆转S8588所致增殖抑制，100 μmol/L时挽救最佳，50 μmol/L乙酸盐联合50 μmol/L柠檬酸盐效果更强，并可恢复乙酰辅酶A水平，说明S8588通过ACSS2/ACLY介导的乙酰辅酶A生成和脂质合成抑制OSCC增殖。

讨论部分总结：讨论指出，OSCC尤其是舌鳞状细胞癌治疗困难，EGFR抑制易出现耐药，脂质代谢成为潜在治疗脆弱点；本研究中约三分之一患者（49/149例）同时高表达ACSS2和ACLY，定义代谢侵袭性强且生存较差亚群，二者共上调可作为患者分层候选生物标志物。同时缺失ACSS2和ACLY在OSCC中致死，显示其非冗余必需作用；shRNA双敲低出现相互代偿并产生协同抗肿瘤效果。S8588原被报道为选择性ACSS2抑制剂，本研究揭示其作为双靶点降解剂，独立结合ACSS2的D412和ACLY的I344，促进泛素–蛋白酶体降解而不改变转录水平，机制不同于经典酶抑制。乙酸盐和柠檬酸盐补充可逆转S8588抗肿瘤效应，支持乙酰辅酶A耗竭为核心机制。原文还指出需在患者来源异种移植（PDX）和类器官中验证、鉴定负责E3连接酶和泛素化位点、开展药物化学优化和药代动力学评价，并进行正式协同定量和代谢流分析。研究结论译为：总之，研究结果确立ACSS2和ACLY是OSCC中协同作用的代谢癌基因，并验证S8588是一种双靶点降解剂，可通过泛素介导的降解破坏其功能。该工作揭示了一种此前未被认识的代谢脆弱性，并为将ACSS2/ACLY双重抑制作为OSCC治疗策略提供了有力依据。