科研 | Nature：代谢组学技术找出前列腺肿瘤形成的幕后玩家
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PTEN-PI3K-mTORC1通路的激活巩固了维持癌细胞成长和增殖的代谢程序。本文中研究人员展示了雷帕霉素复合体1(mTORC1)调节聚胺的动态变化，这条代谢途径对致肿瘤性非常重要。研究人员结合小鼠模型和前列腺癌病人组织活检样品，分析其中的代谢组学变化，从而在肿瘤中鉴定到一些影响脱羧基S-腺苷甲硫氨酸(dcSAM)产量和聚胺生成的变化。本文的发现对由mTORC1控制的复合物调控地形图，整合并翻译生长信号进入致癌性代谢程序提供了基础性信息。
原名：mTORC1-dependent AMD1 regulation sustains polyamine metabolism in prostate cancer
译名：mTORC1调节AMD1对维持前列腺癌聚胺代谢具有重要作用
期刊：Nature
IF：40.137
发表时间：2017年
通信作者：Arkaitz Carracedo
通信作者单位：CIC bioGUNE, Bizkaia Technology Park,801 Building, 48160 Derio, Spain
代谢组学分析
有报道显示磷酸肌醇3-激酶（PI3K）代谢途径的变化，高比例出现在人类癌症中。本文研究人员利用Pten缺失的小鼠前列腺癌模型鉴定其中的代谢物变化，而PI3K代谢途径中一个负调节因子出现较大频率的下调。
首先，研究人员利用高通量四级时间飞行质谱检测两个时间点，两个不同的前列腺叶的代谢物变化。经过数据的分析处理，最终鉴定到72个特征代谢物。Ptenpc-/-小鼠体内富集到聚胺合成途径相关的代谢物出现增长的变化。
图1 不同时间点/部位代谢物种类变化及相关代谢途径变化
为了确定代谢性重排影响聚胺动态变化，研究人员用13C标记的代谢物分析法体内追踪L-甲硫氨酸来源的碳原子，接着将[U-13C5]L-甲硫氨酸静脉注射入Ptenpc+/+和Ptenpc-/-小鼠。分析前列腺组织显示13C标记的dcSAM含量提升，同时聚胺合成增加。重要的是，SAM去碳酸基化的增加（dcSAM/SAM比率增加），显示催化反应的酶（S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶、AMD1）很可能参与前列腺癌代谢变化。
图2 c图 13C标记的代谢物分析法结合[U-13C5]L-蛋氨酸静脉注射入小鼠；d-f图 不同数据来源产生的dcSAM/SAM率
为了说明dcSAM的生成导致了前列腺癌细胞的致肿瘤性，研究人员使前列腺癌细胞系中的AMD1异常表达。AMD1的酶原（proAMD1），能够自我解离和异四聚化，从而形成有活性的酶。在前列腺癌细胞系中，AMD1的过表达导致了dcSAM含量的增加。同时，加强了foci形成、不依赖于贴壁生长的状态及体内肿瘤生长的状态。
通过一系列包括shRNA及AMD1药理性抑制实验，均显示AMD1活性对于前列腺癌致肿瘤性非常重要。
图3 基因和药理学方式对AMD1调控影响前列腺癌致瘤性
影响AMD1蛋白含量变化的机制
值得注意的是，在Ptenpc-/-小鼠前列腺组织中，由于缺乏转录调控，AMD1蛋白含量增加，这与人类前列腺癌数据集中，mRNA分析结果一致。进一步对PI3K-mTORC1通路进行解析，在众多信号抑制因子中只有mTORC1封闭因子降低了proAMD1和AMD1蛋白质的丰度。mTORC1抑制因子导致了AMD1下调，也伴随着dcSAM产量和聚胺合成作用的降低。
采用雷帕霉素衍生物RAD001对Ptenpc-/-小鼠进行处理，发现Amd1和dcSAM丰度降低，与前列腺组织中mTORC1抑制剂的作用一致。
图4 mTORC1影响AMD1表达，dcSAM产量和聚胺动态变化
有趣的是，当存在蛋白酶体抑制剂MG132时，依赖于mTORC1抑制而导致的AMD1蛋白水平降低的现象竟有所缓解。而对异常变化的proAMD1/AMD1样品进行磷酸化蛋白质组学分析时，在酶原和酶（TVLApSPQKIEGFK）中鉴定到单磷酸化残基（S298）。用雷帕霉素或者Torin-1处理样品6h，能降低酶原S298位点磷酸化程度，但是酶并未观察到类似情况，即S298磷酸化可能受到mTORC1控制，促进proAMD1稳定性。
研究人员进一步从临床病人良性前列腺增生组织和前列腺癌样品进行蛋白提取和分析，结果显示AMD1在前列腺癌样本中丰度较高，并且mTORC1活性较高。
现阶段mTORC1抑制剂常被用于治疗一些特定的肿瘤。采用该药对病人进行治疗，并取治疗前后两个阶段同一部位的活检组织进行AMD1免疫反应检测。结果显示治疗后，64%的病例AMD1免疫反应性降低。
图5 mTORC1调节AMD1稳定性，并且该分子调节机制在体内同样被检测到
聚胺生成是高度增殖细胞的特点，但是致瘤信号调控的机理仍然不确定。本文对前列腺癌的研究显示AMD1在肿瘤细胞增殖中发挥着很重要的作用，而它的稳定性受到mTORC1调控。