LSD1-GLS2轴通过谷氨酰胺分解重编程驱动胰腺癌亚型特异性化疗耐药

《Cell Death & Disease》：LSD1-GLS2 axis drives subtype-specific chemoresistance in pancreatic cancer through glutaminolysis reprogramming

　　

胰腺导管腺癌（PDAC）仍然是一种高度致命的恶性肿瘤，因其侵袭性生物学和治疗耐药性。赖氨酸特异性去甲基化酶1（LSD1），一种表观遗传调控因子，在PDAC中过表达并与不良预后相关，但其在代谢亚型和化疗耐药中的环境依赖性作用仍不明确。在此，研究人员显示LSD1敲低对化疗反应具有相反的、亚型特异性效应：它使RSK亚型细胞（L3.6pl, PANC-1）对化疗敏感，但诱导KRAS亚型细胞（BxPC-3, TBO368）产生耐药性。整合分析揭示了线粒体功能障碍和缺陷性线粒体自噬是区分KRAS与RSK亚型PDAC的标志。关键的是，通过呼吸调节或线粒体自噬操作进行的线粒体靶向治疗可克服LSD1介导的亚型特异性化疗耐药，确立了线粒体适应性作为机制决定因素。机制上，LSD1转录调控GLS2以驱动谷氨酰胺代谢重编程，在KRAS亚型细胞中促进还原性羧化，在RSK亚型细胞中促进氧化代谢。该研究建立了LSD1-GLS2轴作为控制PDAC化疗敏感性的代谢开关，并为亚型特异性治疗策略提供了框架。

论文解读文章

胰腺导管腺癌（PDAC）是全球最致命的恶性肿瘤之一，其5年生存率不足10%，化疗耐药是临床管理中的主要挑战。PDAC具有高度的分子和代谢异质性，目前已知的亚型包括基底样/鳞状亚型（预后差、化疗耐药）和经典亚型（预后相对较好）。代谢重编程，特别是谷氨酰胺依赖，在化疗耐药中起关键作用。赖氨酸特异性去甲基化酶1（LSD1）是一种表观遗传调控因子，在PDAC中过表达并与不良预后相关，但其在不同代谢亚型中的功能及对化疗耐药的影响尚不明确。本研究旨在阐明LSD1在PDAC化疗耐药中的亚型特异性作用及其机制，为精准治疗提供依据。

研究人员通过一系列实验揭示了LSD1在PDAC中具有环境依赖性的作用。该研究发表于《Cell Death》。

主要关键技术方法包括：利用多种PDAC细胞系（L3.6pl, PANC-1, BxPC-3, TBO368, MiaPaCa-2, HPAF-II）及KPC小鼠来源类器官模型，通过慢病毒介导的shRNA敲低和过表达系统调控LSD1表达；采用Annexin V/DAPI流式细胞术检测化疗敏感性；使用Seahorse XF细胞外流量分析仪评估线粒体呼吸（OCR）和糖酵解（ECAR）；通过TMRE、NAO、MitoTracker Deep Red、MitoSOX等荧光探针检测线粒体膜电位、质量和活性氧；利用Mtphagy Dye和免疫荧光评估线粒体自噬；结合U-¹³C-谷氨酰胺同位素示踪和质谱分析代谢通量；通过染色质免疫沉淀（ChIP）验证LSD1与GLS2启动子的结合；并分析公共数据库（TCGA-PAAD、CPTAC-PDA、CCLE）及单细胞RNA测序数据（GSE212966、GSE202051、Peng等），进行基因集富集分析（GSEA）和基因集变异分析（GSVA）。

研究结果如下：

**LSD1 is a prognostic marker in PDAC**：通过TCGA和CPTAC数据发现，LSD1在PDAC肿瘤中表达升高，高表达与不良总生存期相关，且在基底样/鳞状亚型中显著富集，与化疗反应差相关。在四种细胞系中敲低LSD1后，部分细胞增殖受抑制，所有细胞系中E-cadherin表达上调，但间充质标志物Vimentin在L3.6pl和PANC-1中更高，提示其具有间充质表型。

**LSD1 exhibits context-dependent roles in PDAC chemotherapeutic response**：LSD1敲低对化疗敏感性产生相反效应：在L3.6pl和PANC-1（RSK亚型）中增强对吉西他滨和紫杉醇的敏感性，而在BxPC-3和TBO368（KRAS亚型）中诱导耐药。线粒体功能分析显示，RSK亚型细胞在LSD1敲低后线粒体膜电位（ΔΨm）和呼吸（OCR）升高或不变，而KRAS亚型则降低。基础OCR在RSK亚型中显著更高，且GLS和PDH表达升高，GLUL降低，提示增强的TCA循环通量。

**KRAS-RSK subtyping determines the context-dependent roles of LSD1 in PDAC**：根据Yuan等提出的分类框架，将细胞分为KRAS亚型（上皮/糖酵解）和RSK亚型（间充质/OXPHOS）。CCLE数据库中40种PDAC细胞系的无监督聚类验证了这一分类。GSEA和GSVA显示RSK亚型富集OXPHOS通路，且RSK亚型同时具有糖酵解活性，表现出代谢可塑性。KRAS亚型则富集长链脂肪酸CoA连接酶活性，并积累油酸、胆固醇和NADPH。生存分析显示，仅在RSK亚型中LSD1高表达与不良预后相关，而KRAS亚型中无显著关联。引入KRAS-G12D突变可部分逆转BxPC-3的耐药表型。

**Mitochondrial dysfunction and defective mitophagy as hallmarks distinguish KRAS-RSK subtypes of PDAC**：KRAS亚型细胞系携带更多mtDNA突变（主要影响Complex I），核编码线粒体基因富集于RSK亚型，而mtDNA编码基因富集于KRAS亚型。代谢组学显示KRAS亚型中富马酸和苹果酸积累，NADH/NAD⁺比例降低。尽管线粒体质量增加，但功能受损，线粒体自噬活性显著降低，BNIP3和磷酸化DRP1（Ser616）水平下降。单细胞轨迹分析显示BNIP3表达与RSK亚型分化正相关。

**Mitochondrial targeting overrides LSD1’s subtype-specific regulation of chemotherapeutic response in PDAC subtypes**：在RSK亚型L3.6pl中，使用Complex I抑制剂鱼藤酮、线粒体自噬抑制剂Baf-A1或Mdivi-1，以及敲低BNIP3，均消除了LSD1敲低诱导的化疗敏感性。在KRAS亚型BxPC-3中，通过半乳糖培养基强制OXPHOS依赖可逆转LSD1敲低诱导的耐药；但强制表达BNIP3虽减少线粒体质量，却未能逆转耐药，提示BNIP3介导的线粒体自噬是必要但不充分。

**LSD1 shapes chemotherapeutic response in PDAC through GLS2-mediated glutaminolysis reprogramming**：LSD1敲低后，仅在肾型谷氨酰胺酶（GLS2）表达上调，而GLS无变化；ChIP证实LSD1直接结合GLS2启动子并抑制其转录。GLS2敲低或药理抑制（C968）在RSK亚型中增强化疗耐药，在KRAS亚型中增强敏感性。U-¹³C-谷氨酰胺示踪显示，LSD1敲低增强谷氨酰胺分解，但在KRAS亚型BxPC-3中优先进行还原性羧化（M+5柠檬酸、M+3富马酸、M+3苹果酸比例升高），而在RSK亚型L3.6pl中则促进氧化代谢。外源α-酮戊二酸（DMKG）补充可模拟亚型特异性化疗敏感性。

**Inhibition of LSD1 recapitulates subtype-specific chemosensitivity in organoids**：LSD1抑制剂ORY-1001在RSK亚型L3.6pl中与吉西他滨协同，在KRAS亚型BxPC-3中拮抗。KPC小鼠来源类器官（KPC-1为RSK亚型，KPC-2为KRAS亚型）中，ORY-1001在KPC-1中轻微增强吉西他滨敏感性，在KPC-2中显著诱导耐药。

讨论部分总结：本研究揭示了LSD1在PDAC中作为环境依赖性表观遗传-代谢调节因子的作用，其治疗靶向需要亚型分层。LSD1敲低在RSK亚型中增强化疗敏感性，在KRAS亚型中诱导耐药，这与KRAS/RSK亚型分类一致。线粒体功能障碍和线粒体自噬缺陷是KRAS亚型的核心特征，BNIP3是关键介质。强制线粒体呼吸或抑制线粒体自噬可消除LSD1介导的亚型特异性效应。机制上，LSD1通过转录抑制GLS2调控谷氨酰胺代谢重编程，根据线粒体状态引导代谢通量。临床前类器官模型验证了LSD1抑制的亚型特异性化疗反应。研究结论：该工作确立了LSD1-GLS2轴作为控制PDAC化疗敏感性的代谢开关，并为亚型特异性治疗策略提供了框架。