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复旦大学上海医学院团队破解叶酸诱发肝癌之谜!

08月03日
行业信息
来源:奇点网

现在很多孕妇在怀孕甚至备孕期间都会补充叶酸,以避免胎儿患有神经缺陷类疾病。但是少为人知的是叶酸与癌症之间也存在着密切的联系[1]。

叶酸作为膳食补充剂,与一碳代谢和甲硫氨酸代谢密切相关。在哺乳动物中,叶酸和甲硫氨酸分别可以转换为四氢叶酸(THF)和S-腺苷硫氨酸(SAM),它们共同参与一碳循环从而提供细胞发育过程中的必要物质[2, 3]。但是叶酸及其代谢相关分子在癌症发生进展中的作用仍然饱受争议[4]。

近日,由复旦大学上海医学院雷群英、尹淼和王鲁领衔的研究团队在著名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy发表了一项重要研究成果[5]。

他们发现了膳食叶酸促进肝癌发生发展的生物学机制。具体来说,补充过多叶酸会使得去泛素化蛋白(VCIP135)抑制甲硫氨酸腺苷转移酶2A(MATIIα)的降解,间接加速了癌组织中的甲硫氨酸循环,促进肝细胞癌(HCC)的癌症进展

该研究深入揭示叶酸促进肝癌进展的信号通路,可以为亚健康人群和表达高水平MATIIα的癌症患者量身定制叶酸补充指南提供参考。

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为了探索叶酸如何在体内影响肝癌的进展,研究者分别用含有高水平叶酸,标准水平叶酸,及无叶酸的纯化高脂饮食(HFD)饲养注射了二乙基亚硝胺(DEN)小鼠。

结果显示5个月后,高叶酸饮食显著促进HFD诱导的肝癌发展,显著增加了肝脏/体重的比率、肿瘤的总数和肝脏中最大肿瘤体积

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高叶酸饮食促进HFD诱导的肝细胞癌的进展

甲硫氨酸循环与叶酸循环之间存在密切联系,且有研究表明甲硫氨酸代谢中MATIIα的关键编码基因(MAT2A)在癌症中上调表达[6]。

研究者发现,高叶酸饮食饲养的小鼠相对于无叶酸饮食饲养的小鼠上调MATIIα蛋白表达。这些结果说明膳食叶酸促进HCC进展的同时刺激着MATIIα表达增加

那影响MATIIα蛋白表达增加的机制是什么呢?

研究者通过串联亲和纯化和质谱分析(TAP-MS)锁定MATIIα响应叶酸信号的潜在信号分子,去泛素化酶-VCIP135

研究者对内源性VCIP135进行免疫沉淀和免疫印迹,在沉淀中检测到MATIIα。表明VCIP135和MATIIα确实存在相互作用。他们还在免疫印迹实验中发现,VCIP135被敲除后MATIIα蛋白泛素化增强

之前有研究表明,化疗药物甲氨蝶呤(MTX)可以干扰一碳循环中二氢叶酸还原酶的产生,从而抑制MATIIα蛋白的表达。在这个研究中,研究人员也观察到MTX处理后的肝癌细胞系MATIIα蛋白的表达被抑制,而且在使用蛋白酶抑制剂(MG132)或补充过量叶酸处理后,MTX的抑制作用可以被缓解。

这些结果表明VCIP135靶向MATIIα发挥作用,抑制MATIIα对叶酸反应的蛋白酶体降解途径,可以间接促进细胞增殖

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VCIP135去泛素化MATIIα并使其稳定表达

由于高叶酸饮食促进HFD诱导的肝细胞癌高表达MATIIα蛋白。

研究者构建肝脏特异性Mat2a基因敲除(LKO)小鼠模型,来研究MATIIα在HFD期间促进HCC发展的作用。

研究者观察到,与Mat2a野生型(WT)小鼠相比,Mat2a(LKO)小鼠中HFD诱导的HCC进展明显被抑制。

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肝脏中Mat2a基因敲除显著减缓HFD诱导的HCC进展

为了验证膳食叶酸促进的肝癌发展是否依赖于MATIIα。研究者对Mat2a(WT)小鼠与Mat2a(LKO)小鼠进行无叶酸(0x)饲养和标准叶酸(1x)饲养。结果显示,在标准叶酸饲养的Mat2a(WT)小鼠中,HFD诱导的HCC发生进展,但在Mat2a(LKO)小鼠中肿瘤相关指标没有明显变化。

用标准叶酸(1x)或高叶酸(10x)饲养HFD小鼠后,研究者发现高叶酸饲养显著增加HFD诱导的Mat2a(WT)小鼠HCC的进展,但在Mat2a(LKO)小鼠中肿瘤相关指标没有明显变化。

这些结果表明,肝脏中Mat2a的缺失可以抑制叶酸介导的HCC进展

肝脏中Mat2a的敲除可以抑制叶酸介导的HCC的进展

为探究VCIP135和MATIIα在HCC细胞生长中的作用,研究者对VCIP135和MAT2A进行基因敲除和回补实验。

他们发现VCIP135和MAT2A敲除显著影响HCC细胞的叶酸代谢和甲硫氨酸循环中间产物的丰度。尤其是同时敲除MAT2A和VCIP135可显著抑制HCC细胞增殖,而回补VICP135和MATIIα后又会恢复HCC细胞增殖的能力,使用MATIIα抑制剂(MTX和FIDAS-5)也可以协同抑制细胞增殖。

总之,VICP135和MATIIα对HCC的增殖具有重要作用

在人源样本中是否也有相似趋势呢?

研究者分析了MATIIα和VCIP135在肝癌病人组织中的表达分布情况。结果显示,在HCC患者肿瘤样本及其配对的癌旁组织中,MATIIα和VCIP135在肿瘤中表达水平更高,且高VCIP135表达水平与肝癌患者的不良预后显著相关

这些结果表明,MATIIα和VCIP135协同调控叶酸对肝癌进展的影响。

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MATIIα和VCIP135在人肝癌组织中高表达与预后相关及作用信号机制

在细胞的快速增殖过程中,叶酸是必需的物质之一。因此,在包括卵巢,结直肠癌,肾脏和乳腺癌在内的不同实体肿瘤中,均能观测到叶酸摄取的增加[7]。

近年来,多种抑制叶酸代谢的药物包括甲氨蝶呤、雷替曲塞和Edatrexate已被批准用于癌症治疗,表明叶酸在癌症发展中起着重要作用[8]。

在本研究中,研究人员揭示了MATIIα在叶酸促进肝癌发展中的关键作用,以及重组甲硫氨酸代谢与叶酸应激信号在肝癌中的潜在机制。该研究对表现出MATIIα代谢活化的癌症患者应用精确的限制叶酸饮食干预,提供了一种潜在的治疗策略。


参考文献

[1]PIEROTH R, PAVER S, DAY S, et al. Folate and Its Impact on Cancer Risk [J]. Curr Nutr Rep, 2018, 7(3): 70-84.

[2]MAZAT J P. One-carbon metabolism in cancer cells: a critical review based on a core model of central metabolism [J]. Biochem Soc Trans, 2021, 49(1): 1-15.

[3]SANDERSON S M, GAO X, DAI Z, et al. Methionine metabolism in health and cancer: a nexus of diet and precision medicine [J]. Nat Rev Cancer, 2019, 19(11): 625-37.

[4]HO C T, SHANG H S, CHANG J B, et al. Folate deficiency-triggered redox pathways confer drug resistance in hepatocellular carcinoma [J]. Oncotarget, 2015, 6(28): 26104-18.

[5]LI J T, YANG H, LEI M Z, et al. Dietary folate drives methionine metabolism to promote cancer development by stabilizing MAT IIA [J]. Signal Transduct Target Ther, 2022, 7(1): 192.

[6]CAI J, MAO Z, HWANG J J, et al. Differential expression of methionine adenosyltransferase genes influences the rate of growth of human hepatocellular carcinoma cells [J]. Cancer Res, 1998, 58(7): 1444-50.

[7]CUI Y, PAGE D L, CHLEBOWSKI R T, et al. Alcohol and folate consumption and risk of benign proliferative epithelial disorders of the breast [J]. Int J Cancer, 2007, 121(6): 1346-51.

[8]PIETROCOLA F, POL J, VACCHELLI E, et al. Caloric Restriction Mimetics Enhance Anticancer Immunosurveillance [J]. Cancer Cell, 2016, 30(1): 147-60.

评论
08月03日
李占林
河北北方学院附属第一医院 | 中医科
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08月03日
万军鸽
叶县人民医院 | 肿瘤内科
复旦大学上海医学院团队破解叶酸诱发肝癌之谜
08月03日
韩月仙
寿阳县人民医院 | 肿瘤内科
叶酸居然可以诱发肝癌