ccRCC临床表现隐匿，缺乏有效的肿瘤标志物，且对放化疗不敏感，早期诊断具有挑战性，前期研究表明，LXR分子在脂质代谢和胆固醇代谢中发挥非常重要的作用。
2023年4月16日，由大连医科大学附属第一医院吴广圳、重庆医科大学附属第一医院徐迎坤共同通讯，大连医科大学、上海交通大学的王启飞/张伟/綦晓晨为共同作者在Clinical and Translational Medicine 在线发表了题为“The mechanism of LXR regulates the balance of glycoFAsynthesis and cholesterol synthesis in clear cell renal cell carcinoma”的研究论文，该研究关注糖脂肪酸合成-胆固醇合成轴，采用多种生物学分析方法预测某些经典靶向药物的耐药性，分析其与靶点通路的相关性。
作者研究了靶通路、组蛋白修饰与免疫浸润以及抗PD-1和抗CTLA-4治疗反应之间的相关性。作者前期研究表明，LXR分子在脂质代谢和胆固醇代谢中发挥非常重要的作用。作者引入LXR特异性药物探索其在ccRCC中的潜在作用机制，采用实验和广泛的生物信息分析来阐明ccRCC中糖脂肪酸合成和胆固醇生物合成途径的潜在机制以及LXR对他们的调节作用。本研究中，作者利用糖脂肪酸合成-胆固醇合成轴来区分新的ccRCC亚型，为以后的研究提供可靠且有价值的数据。最重要的是，该研究可能应用于为具有独特代谢依赖性的ccRCC患者制定更精确的治疗策略。
目前越来越多的证据表明，ccRCC是一种代谢性疾病，因为ccRCC标本中含有大量的糖原、胆固醇和脂质，而这种脂质的含量比正常组织高340倍。脂滴被认为是动态的细胞器，在脂质吸收、分布和消耗的管理中起关键作用。在许多癌症中观察到脂滴的积累，并且这种脂质的积累在暴露于缺氧或营养缺乏的癌细胞中增加。其中最典型的代表是肾透明细胞癌，由于细胞内存在大量的脂滴而具有透明的外观，物质含量比例远高于其他肿瘤。因此，作者推断脂质代谢可能在KIRC的发生和发展中起着至关重要的作用。脂肪酸和胆固醇作为脂质代谢的核心成员，在细胞脂质代谢中构成了一个灵活的反馈回路，相互作用和调节以满足癌细胞不断增加的代谢需求。
正常细胞通常以TCA循环为主要代谢方式进行氧化磷酸化。与正常细胞不同，癌细胞主要通过提高糖酵解速率(是正常组织的200倍以上)产生能量，然后在细胞胞质中发酵乳酸进行代谢，即使在氧气充足的情况下也是如此。这种糖酵解方式被称为"瓦伯格效应"，瓦伯格效应产生的多余糖酵解代谢产物进一步发生从头脂肪酸合成、核苷酸产生和氨基酸合成，这些都是癌细胞快速生长所必需的。因此，Warburg效应是肿瘤生长、肿瘤进展和肿瘤耐药的代谢基础。最近研究发现ccRCC较其他肿瘤(胶质瘤、肺癌)具有更显著的Warburg效应，从而提示糖酵解途径在ccRCC中发挥重要作用。
脂肪酸从头合成途径提供了肿瘤细胞生长所需的脂质。先前的研究发现，癌组织表现出高表达的生脂酶和内源性脂肪酸合成酶，而正常细胞则表现出主要来自外源性的脂肪酸。Warburg代谢产物乙酰辅酶A通过脂肪酸合成酶(脂SN)、硬脂酰辅酶A去饱和酶(SCD1)等下游糖酵解酶合成脂肪酸。脂SN和SCD1的表达增加与多种形式的癌症有关。最近的研究表明，脂肪生成抑制剂阻断脂SN、SCD1和SREBP-1c的活性被证明可以减少癌细胞的增殖并诱导细胞凋亡。因此，脂肪酸合成代谢在肾透明细胞癌的发生发展中起着重要作用。然而，作为肿瘤快速生长的必要原料之一，ccRCC组织中的胆固醇水平明显高于正常肾组织。矛盾的现象是，作者前期研究发现HMGCR、DHCR24等胆固醇合成关键酶在ccRCC组织中的表达低于正常组织。因此，ccRCC中必然存在复杂的代谢调控网络。
LXR是核受体超家族成员之一。因Willy于1995年首次从人肝脏cDNA文库中筛选到该基因而得名。LXR的分子结构域包括：(1)一个不依赖于配体的N端独立激活功能域，可以在没有配体的情况下激活转录；(2) DNA结合区，包括2个锌指结构；(3)疏水配体结合区：配体结合和受体二聚化的必要结构；(4) C端配体依赖的转录激活序列，又称激活子Ⅱ，是配体结合激活转录的基础。LXR有两种亚型：NR1H3和NR1H2。NR1H3主要在肝脏、小肠、巨噬细胞等高胆固醇代谢组织中表达。NR1H2在体内分布广泛。二者在DNA和配体结合结构域上具有约77 %的氨基酸同源性，且均与胆固醇代谢相关。LXR是主要的“受体”，维持细胞内胆固醇的相对稳定。它可以被胆固醇衍生物激活，如27 -羟基胆固醇和24，25 -环氧胆甾醇。它也可以被合成的激动剂GW3965和T0901317激活。
代谢组学可以研究ccRCC中的代谢通路，有助于发现新的治疗靶点。作者发现ccRCC中葡萄糖、葡萄糖- 6 -磷酸、果糖- 6 -磷酸、乳酸、硬脂酸、油酸、棕榈酸、十六碳酸离子和胆固醇水平高于肾脏组织。乳酸水平在高分期和高级别ccRCC肿瘤中高于低分期和低级别肿瘤。作者使用糖脂合成和胆固醇合成通路的基因表达谱将ccRCC患者分为3个簇( C1、C2和C3)，并使用这两个通路基因表达谱的Z - score生成四象限从而鉴定潜在亚组。作者将ccRCC患者分为沉默组、糖脂合成组、胆固醇合成组和混合组四个亚组。作者探讨了这些亚组的遗传差异、药物敏感性和临床结果。热图显示在糖脂合成和混合亚群中上调的糖脂合成基因，而胆固醇合成基因在胆固醇和混合亚群中高表达(图1)。
图一：基于糖脂合成通路和胆固醇生物合成通路基因的表达对ccRCC肿瘤进行分层。
根据ccRCC患者的病理特征和生存信息，绘制相应的生存曲线。作者发现在几乎所有的病理类型中，糖脂合成亚组的患者表现出最差的预后。相比之下，胆固醇合成亚组的表现则有所不同。例如，T1和T2组的胆固醇合成亚组表现出更好的预后。T3、T4组胆固醇合成亚组预后较差。这些结果表明胆固醇合成在ccRCC晚期和早期患者中具有截然不同的预后意义(图2)。
图二：不同分组形式下的生存差异。
为了研究LXR与糖脂肪酸合成、胆固醇代谢途径的关系，作者将LXR分为NR1H2 (LXRβ)和NR1H3 (LXRα)两个亚型。热图显示糖脂合成与NR1H2之间存在较强的正相关性。多变量GSEA显示NR1H2与近端小管上皮肾细胞的成骨细胞分化和钙调素激活有关，而NR1H3与内皮素通路和肌动蛋白细胞骨架的调节有关。小提琴图显示，胆固醇合成途径的4个亚组中NR1H2和NR1H3的富集得分在胆固醇亚组中显著低于糖合成亚组。为了研究LXR在ccRCC中的作用，用LXR的反向激动剂SR9243处理ACHN肾癌细胞。测序结果显示，与对照组相比，SR9243组的许多基因差异表达。对差异表达基因进行GO和KEGG分析。BP分析结果表明这些DEGs与RNA分解代谢过程和翻译起始相关。此外，根据CC分析，DEGs与黏着斑和细胞-基质连接相关。此外，根据MF分析，DEGs与钙粘蛋白结合和细胞粘附分子结合相关。
图三：基于生物信息学分析与实验验证发现LXR与糖脂合成与胆固醇合成运输之间潜在的关系
KEGG分析显示在肌萎缩侧索硬化和人乳头瘤病毒感染中富集。GSVA分析提示SR9243可能通过NF-κB和MYC靶点激活mTORC1和TNF-α信号。生成热图和火山图，显示与胆固醇转运、糖酵解、脂肪酸合成和胆固醇合成相关的差异表达基因。因此作者提出了一个潜在的机制，利用差异表达基因证明了LXR反向激动剂SR9243如何通过调节糖脂代谢在ccRCC中发挥生物学效应。使用LXR激动剂LXR623在裸鼠体内进行体内实验，治疗组肿瘤重量和体积明显减少。然后，使用LXR623处理ACHN肾癌细胞，与对照相比产生差异表达基因。对DEGs进行GO和KEGG分析，BP分析显示与调节细胞周期相变和细胞器分裂有关。CC分析显示与黏着斑和细胞-基质连接有关，而MF分析显示与钙粘蛋白结合和DNA结合转录因子结合有关。
KEGG分析显示与肌萎缩侧索硬化和亨廷顿病相关。GSVA分析结果提示LXR623通过激活MYC靶点和E2F靶点在ccRCC中发挥作用。此外，还生成了LXR623和对照组处理前胆固醇转运、糖酵解、脂肪酸合成和胆固醇合成相关基因表达的热图以及显示差异表达基因的火山图。最后，作者提出了LXR623通过差异表达基因调控糖脂代谢的潜在机制，提示LXR623促进胆固醇流出和糖脂合成(图3)。
图4 识别关键枢纽基因。
本研究利用桑基图谱展示了基因表达、LXR药物和关键通路(糖酵解、脂肪酸合成、胆固醇转运、胆固醇合成)之间的关系。四象限图突出了与脂肪酸合成和胆固醇转运相关的基因。降雨图确定NUP210、SCD和ABCG1是ccRCC脂质代谢的关键参与者。示意图显示LXR药物通过破坏生物膜完整性诱导细胞死亡。此外，利用维恩图识别参与生物膜脂质合成途径的基因以及SR9243和LXR623处理引起的差异表达基因。分析发现A4GALT、GAL3ST1、SPTLC2、ST3GAL2、B4GALT5和ABCA2为3个基因集所共有。热图显示这6个基因在两个LXR药物组中均低表达。LXR调节可能是通过抑制生物膜合成治疗ccRCC的潜在治疗策略(图4)。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ctm2.1248
转自：“iNature”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
