脂肪甘油三酯脂肪酶驱动的脂解作为具有内在代谢僵化的前列腺癌中可靶向的代谢脆弱性

《British Journal of Cancer》：Adipose triglyceride lipase driven lipolysis as a targetable metabolic vulnerability in prostate cancer with intrinsic metabolic inflexibility

　　

背景
尽管前列腺特异性膜抗原（PSMA）靶向成像和疗法在前列腺癌中广泛临床应用，但PSMA相关肿瘤侵袭性背后的生物学功能仍未完全阐明。
方法
研究人员采用PSMA-PET引导的配对PSMA高表达和PSMA低表达肿瘤区域采样，用于整合蛋白质组学和表观基因组学分析。通过免疫组织化学在90例未经治疗的患者中验证了PSMA-ATGL相关性。在未扰动条件下以及ATGL和PSMA的药理学或遗传学扰动下，使用Seahorse Mito Fuel Flex Test测定进行代谢谱分析。使用NG-497和siRNA介导的敲低评估治疗脆弱性。
结果
PSMA高表达肿瘤表现出以ATGL上调为特征的脂解重编程，在验证队列中通过稳健的PSMA-ATGL相关性（P?结论
ATGL介导的脂解代表了前列腺癌中一个有前景的治疗靶点，在缺乏利用替代途径代谢灵活性的肿瘤中具有更高的敏感性。

**论文解读：ATGL驱动的脂解作为代谢僵化前列腺癌的可靶向脆弱性**

**研究背景与问题**
前列腺特异性膜抗原（PSMA）是前列腺癌中临床验证的生物标志物，广泛用于正电子发射断层扫描（PET）成像和¹⁷⁷Lu放射配体治疗。PSMA高表达与侵袭性特征（如高级别组织学分级和晚期肿瘤分期）相关，但PSMA相关的肿瘤侵袭性背后的代谢机制尚不明确。已有研究表明，PSMA可调控PI3K-Akt信号轴，并参与代谢重编程，但PSMA与脂解之间的关系及其对肿瘤代谢脆弱性的影响尚未被探索。此外，脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）作为中性脂解的关键限速酶，在癌症中作用存在争议，既有促癌也有抑癌报道，提示其功能依赖于肿瘤代谢背景。因此，研究人员旨在阐明PSMA与ATGL在前列腺癌中的关联，并评估ATGL抑制作为治疗策略的潜力，特别关注肿瘤的代谢灵活性作为敏感性的决定因素。

**研究内容与结论**
研究人员通过整合硅学分析、蛋白质组学和表观基因组学分析，发现PSMA高表达的前列腺癌肿瘤区域存在脂解重编程，其特征为ATGL上调。在一个独立的90例未经治疗患者队列中，通过免疫组织化学（IHC）验证了PSMA与ATGL蛋白表达的强正相关性（r=0.74，P<0.0001）。代谢表型分析显示，尽管LNCaP和22RV1细胞均依赖脂肪酸氧化，但LNCaP细胞表现出内在代谢僵化，而22RV1细胞具有高代谢灵活性。药理学ATGL抑制剂NG-497和siRNA介导的ATGL敲低均最有效地抑制了LNCaP细胞的增殖，而22RV1细胞相对耐药。此外，恩杂鲁胺（雄激素受体拮抗剂）处理可上调两种细胞系中的ATGL，揭示了雄激素受体（AR）信号与PSMA/ATGL轴之间的相互调控。该研究首次提出，ATGL驱动的脂解是前列腺癌中一个可靶向的代谢脆弱性，其敏感性并非由ATGL表达水平单独决定，而是由肿瘤的内在代谢僵化决定。该论文发表在《British Journal of Cancer》。

**主要关键技术方法**
1. **PSMA-PET引导的配对肿瘤区域采样**：基于术前[⁶⁸Ga]Ga-PSMA PET/MRI显示的异质性，从10例局部晚期前列腺癌患者（Gleason评分8-9，伴淋巴结转移）的根治性前列腺切除术标本中，通过PSMA IHC确认并显微切割分离PSMA高表达和低表达区域。
2. **无标记液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）蛋白质组学**：对配对肿瘤区域进行蛋白质提取和消化，使用FASP方法，通过Max Perutz Labs质谱设施进行蛋白质组学分析，鉴定差异表达蛋白。
3. **简化代表性亚硫酸氢盐测序（RRBS）**：对配对肿瘤区域的DNA进行RRBS，通过高通量测序分析DNA甲基化模式，鉴定差异甲基化区域（DMR）。
4. **Seahorse XF Mito Fuel Flex Test**：在未扰动条件下以及药理学（NG-497、2-PMPA）或遗传学（siRNA）扰动ATGL/PSMA后，定量分析细胞对葡萄糖、谷氨酰胺和脂肪酸氧化的依赖性及代谢灵活性。
5. **siRNA介导的基因沉默**：使用靶向PNPLA2（编码ATGL）或FOLH1（编码PSMA）的siRNA，在LNCaP和22RV1细胞中进行瞬时敲低，通过增殖实验验证ATGL的依赖性。

**研究结果**

**1. PSMA表达的生物学谱揭示前列腺癌中脂解代谢重编程**
通过硅学分析TCGA-PRAD转录组数据（n=497），FOLH1（编码PSMA）高表达组中“脂肪酸氧化”通路富集最显著，且伴全球甲基化水平升高。在10例患者配对样本的蛋白质组学中，PSMA高表达区域显著上调溶酶体、囊泡相关通路及脂解通路，下调细胞外基质（ECM）组织通路。RRBS分析发现2238个差异甲基化区域（DMR），主要富集在启动子和内含子区域。

**2. 整合蛋白质组学和表观基因组学分析将ATGL鉴定为关键的PSMA相关脂解酶**
整合差异表达蛋白和启动子关联DMR，筛选出16个候选蛋白，包括ATGL（由PNPLA2编码）。PSMA高表达样品中PNPLA2启动子CpG岛呈低甲基化，为ATGL蛋白过表达提供了表观遗传学支持。

**3. 独立队列验证了强PSMA-ATGL相关性并确定与临床病理和代谢特征的关联**
在90例TMA队列中，PSMA与ATGL H评分呈强正相关（r=0.74，P<0.0001）。ATGL表达与Gleason评分4+4（相比3+4）显著相关（P=0.038），与血清胆固醇水平呈正相关（r=0.22，P=0.020），与血清甘油三酯水平呈负相关趋势（r=-0.27，P=0.473）。PSMA和ATGL表达与Ki-67、c-MYC、HSL、PGM1等标志物无显著相关，但与年龄呈弱正相关。

**4. 体外代谢特征揭示了不同的燃料利用率和灵活性表型**
在7种前列腺癌细胞系中，PSMA在LNCaP、LAPC4、22RV1中高表达，ATGL在LNCaP、DUCaP、VCaP中高表达。NG-497可显著抑制多种细胞系的甘油三酯水解酶活性。Seahorse分析显示，LNCaP和22RV1细胞基线呼吸率较高，依赖脂肪酸氧化；而PC3和DU145主要依赖葡萄糖。LNCaP和DU145细胞代谢灵活性极低，22RV1细胞具有高代谢灵活性，PC3细胞呈中等灵活性。

**5. LNCaP细胞对ATGL抑制剂NG-497和ATGL敲低表现出增强的脆弱性**
NG-497对LNCaP细胞的IC₅₀为2.2 μM，远低于PC3（51 μM）、22RV1（27 μM）和DU145（>80 μM）。NG-497处理导致LNCaP、PC3、DU145细胞中脂滴显著积累，但22RV1细胞中无此现象，可能与22RV1中高表达的激素敏感性脂肪酶（HSL）补偿有关。siRNA敲低ATGL显著抑制LNCaP增殖（Padj=0.012），而22RV1中仅呈非显著下降趋势（Padj=0.075）。恩杂鲁胺处理上调两种细胞系中ATGL和PSMA，而ATGL或PSMA敲低则降低AR表达，提示AR信号与PSMA/ATGL轴存在双向交叉调控。在代谢扰动下，LNCaP细胞在ATGL抑制后未能扩展代谢灵活性，而22RV1细胞转向更高糖酵解并保留储备能力。

**讨论与结论**
讨论部分指出，PSMA与ATGL的强相关性在体内肿瘤中成立，但在细胞系中因培养适应而不一致，提示ATGL表达水平本身不决定药物敏感性，代谢网络架构是关键。LNCaP细胞的代谢僵化使其对ATGL抑制高度敏感，而22RV1细胞的代谢可塑性允许其通过糖酵解等替代途径逃逸。PTEN缺失状态、HSL表达水平及c-MYC活性可能解释不同细胞系的代谢灵活性差异。此外，PSMA扰动可影响谷氨酰胺代谢，且慢性PSMA敲低可能削弱22RV1细胞的代谢可塑性。AR信号与PSMA/ATGL轴的相互调控提示恩杂鲁胺治疗可能通过上调ATGL为后续ATGL靶向干预创造机会。

研究结论翻译如下：
总之，研究人员的研究结果确立了ATGL驱动的脂解作为前列腺癌中由内在代谢僵化决定的代谢脆弱性，这一原则很可能适用于体内肿瘤。虽然NG-497的临床前安全性数据尚需获得，但相关鼠特异性ATGL抑制剂Atglistatin在动物模型中的耐受性和有效性已为NG-497的体内疗效和安全性研究提供了理论基础。结合ATGL表达分析的代谢谱分析对于识别最可能受益于ATGL抑制的患者至关重要，为前列腺癌的精准代谢治疗提供了框架。