果蝇储存蛋白促进肿瘤生长速率及生长持续时间

《SCIENCE ADVANCES》：Drosophila storage proteins promote both the rate and the duration of tumor growth

　　

摘要：氨基酸储存蛋白（如哺乳动物血清白蛋白(serum albumin)）已知可在肿瘤内富集，但其对肿瘤生物学的具体贡献尚不清楚。研究人员利用果蝇(Drosophila)的恶病质(cachectic)与非恶病质(non-cachectic)肿瘤模型观察到，脂肪体(fat body)来源的六聚体蛋白(hexamerins)通过选择性摄取过程在肿瘤中累积。阻断该摄取过程可显著抑制肿瘤生长，表明六聚体蛋白被肿瘤用作支持癌症进展的营养源。六聚体蛋白的摄取还支持肿瘤表达松弛素样果蝇胰岛素样蛋白8(Dilp8, Drosophila insulin-like protein 8)，抑制蜕皮激素(ecdysone)产生并延长生长期。这种肿瘤对营养物的摄取与抑制发育进程的偶联，实现了宿主资源向肿瘤的全面转移。与哺乳动物白蛋白的功能相似性提示存在进化保守机制，对癌症生物学具有潜在意义。

论文解读：《Drosophila Storage Proteins Promote Both the Rate and the Duration of Tumor Growth》

本研究发表于《SCIENCE ADVANCES》。目前关于肿瘤营养代谢的研究多集中于低分子量营养物质（如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸），而大分子血浆蛋白（如哺乳动物血清白蛋白）虽早期被提出可作为肿瘤氮源且能在肿瘤微环境中富集，但其被肿瘤主动摄取的机制、作为营养底物的功能及其对肿瘤系统性影响的分子机理均长期未被阐明。在哺乳动物中因白蛋白终生组成性表达难以进行时序特异性操作，而果蝇六聚体蛋白(hexamerins, 包括LSP1、LSP2及FBP1、FBP2)是哺乳动物血清白蛋白的功能同源物，由脂肪体合成并作为氨基酸动态储存库，为研究肿瘤劫取宿主大分子储存蛋白提供了理想模型。本研究旨在明确肿瘤是否主动摄取循环六聚体蛋白、介导摄取的分子机制、对肿瘤生长及宿主发育的内分泌调控作用及下游信号通路。

主要关键技术方法

研究人员选用果蝇第三龄幼虫作为模型，建立两种上皮肿瘤模型：① 翅成虫盘(wing imaginal disc)表达组成型活化Yorkie（UAS-yki^S168A-gfp；果蝇YAP同源物，诱导致瘤性生长伴恶病质(cachexia)样消耗）驱动于pdm2-Gal4；② 沉默avalanche(avl^RNAi)基因于rn-Gal4驱动的非恶病质肿瘤模型。利用组织特异性Gal4/UAS及RNA干扰(RNAi)技术分别在脂肪体和肿瘤组织中敲低Fbp1、dilp8等基因。主要检测手段包括：免疫荧光染色及共聚焦显微镜3D体积重建量化肿瘤内六聚体蛋白积累与肿瘤体积；蛋白质免疫印迹(Western blot)检测血淋巴(hemolymph)、脂肪体及肿瘤内六聚体蛋白、磷酸化Akt(p-Akt)、磷酸化S6激酶(p-S6K, Drosophila p70 S6 kinase, TORC1活性标志)；反转录定量PCR(RT-qPCR)检测hexamerin基因、dilp8及puckered(puc, JNK通路靶基因)转录水平；O-炔丙基-嘌呤霉素(OPP)掺入实验检测蛋白质合成速率；蛹化(pupariation)时间曲线评估宿主发育延迟。

RESULTS

Fat body–derived hexamerins accumulate in Yki^S168Atumors（脂肪体来源六聚体蛋白在Yki^S168A肿瘤中富集）

研究人员通过免疫荧光发现野生型翅盘六聚体蛋白信号极低，而yki^S168A肿瘤细胞内可见六聚体蛋白(LSP1α、LSP2、FBP1、FBP2)定位于胞质囊泡结构，提示主动摄取而非被动滞留。qPCR证实肿瘤不表达hexamerin基因，脂肪体hexamerin表达不受肿瘤影响（除晚期Fbp1略降），表明六聚体蛋白源自脂肪体合成并分泌至血淋巴后被肿瘤摄取。Western blot显示全幼虫、血淋巴及脂肪体六聚体蛋白随肿瘤进展递减，而肿瘤内递增，荧光定量证实肿瘤内六聚体蛋白在早期（延长幼虫期前24–48小时）升高后下降。结论：肿瘤选择性摄取循环六聚体蛋白而非自身合成。

FBP1-dependent uptake of hexamerins enables tumor growth（FBP1依赖的六聚体蛋白摄取驱动肿瘤生长）

脂肪体中FBP1(Fat Body Protein 1)是介导六聚体蛋白受体介导内吞(receptor-mediated endocytosis)的结合蛋白。研究人员在脂肪体敲低Fbp1后，肿瘤内六聚体蛋白信号几乎消失，血淋巴六聚体蛋白维持高水平（摄取受阻），证明FBP1是肿瘤摄取六聚体蛋白所必需的。三维体积重建显示Fbp1敲低使肿瘤体积显著减小（生长受抑），OPP掺入降低约33%，表明内化的六聚体蛋白提供氨基酸以支持肿瘤生物合成与生长。结论：FBP1介导的六聚体蛋白摄取是肿瘤扩张的关键营养来源。

Cachectic and noncachectic tumors reallocate hexamerins from the fat body to sustain their growth（恶病质与非恶病质肿瘤均将脂肪体六聚体蛋白重定向以支持生长）

为排除恶病质致脂肪体摄取障碍的干扰，研究人员在non-cachectic的avl^RNAi肿瘤模型中重复实验，发现同样出现六聚体蛋白在肿瘤内富集、Fbp1敲低消除摄取并使肿瘤体积缩小>50%、OPP掺入降约29%。结论：FBP1依赖的六聚体蛋白劫取是不同性质肿瘤共有的一般性机制，非恶病质特异现象。

Hexamerin uptake by tumors modulates host developmental timing via dilp8（肿瘤摄取六聚体蛋白通过dilp8调控宿主发育时序）

Yki^S168A肿瘤致幼虫完全发育阻滞，avl^RNAi肿瘤致化蛹延迟2–3天；脂肪体敲低Fbp1后化蛹时间大幅恢复（Yki模型仅延迟约11小时）。RT-qPCR显示肿瘤dilp8（编码松弛素样激素，抑制前胸腺蜕皮激素合成从而延迟化蛹）表达峰值与六聚体蛋白摄取及肿瘤生长率同步，Fbp1敲低使dilp8表达显著降低；单独在肿瘤敲低Fbp1不影响dilp8，且沉默dilp8可恢复化蛹但不影响肿瘤大小。结论：六聚体蛋白摄取激活肿瘤dilp8表达，延缓宿主发育以为肿瘤争取更多生长时间，Dilp8作用于六聚体蛋白摄取下游。

Hexamerin uptake modulates TORC1 and c-Jun N-terminal kinase signaling in tumor cells（六聚体蛋白摄取调节肿瘤细胞内TORC1和JNK信号）

研究人员检测了Insulin/IGF通路(Akt磷酸化)、TORC1通路(S6K磷酸化)及JNK通路(puc表达)。p-Akt在两种肿瘤模型中不受六聚体蛋白摄取影响；p-S6K随六聚体蛋白积累升高且与生长率平行，Fbp1敲低使其维持低水平；JNK靶基因puc表达模式与六聚体蛋白积累一致，Fbp1敲低使其不升高。结论：六聚体蛋白摄取激活TORC1促进合成代谢与生长速率，同时激活JNK诱导dilp8表达延迟发育，胰岛素信号不参与此调控。

DISCUSSION（讨论部分——研究结论翻译）

肿瘤生物学中的一个核心挑战是理解增殖细胞如何在满足营养需求的同时操纵全身信号以利于自身。本研究表明，果蝇脂肪体产生的六聚体蛋白在幼虫期被成虫盘肿瘤主动摄取，其积累呈双相模式——初期升高后下降，反映循环储备耗竭及胞内降解供氨基酸。该摄取依赖转运蛋白FBP1（此前已知介导脂肪体摄取六聚体蛋白），提示相同或相似受体介导内吞机制。在恶病质与非恶病质模型中，Fbp1缺失损害六聚体蛋白摄取并显著限制肿瘤生长，说明六聚体蛋白内化不是全身消耗的副产物而是促进肿瘤生长的普遍特征。本研究呼应了哺乳动物血清白蛋白被肿瘤细胞主动摄取（常经SPARC、gp60/albondin等受体）的观察，果蝇FBP1依赖机制为鉴定保守的肿瘤大分子营养劫取通路提供了遗传可操作平台。此外，六聚体蛋白摄取不仅提供营养，还通过诱导肿瘤分泌Dilp8抑制蜕皮激素合成、延迟化蛹，延长肿瘤生长期。机制上，六聚体蛋白激活TORC1驱动生长速率，激活JNK通路诱导dilp8表达；胰岛素/IGF信号不受影响。Dilp8/Relaxin内分泌轴可能在哺乳动物肿瘤中保守地用于将营养状态转化为全身激素信号重编程宿主生理。综上，果蝇肿瘤可作为系统营养库，劫取宿主储存蛋白支持合成代谢并操纵内分泌回路延迟发育；储存蛋白兼具代谢底物与全身生理调节因子的双重角色，揭示了肿瘤协调代谢与内分泌操控以优化进展的进化保守原理。