HMGCL 或是骨肉瘤治疗新希望，揭秘其抑制肿瘤生长的神奇机制

为解决骨肉瘤治疗难题，武汉大学人民医院的研究人员开展 HMGCL 在骨肉瘤中作用的研究。结果发现 HMGCL 可抑制骨肉瘤进展，或为新治疗靶点。推荐科研读者阅读，助于了解骨肉瘤治疗新方向，开拓研究思路。

　　

在骨肿瘤的世界里，骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）可是个 “狠角色”。它是最常见的原发性骨恶性肿瘤，每年大约有 2 - 3 百万人被它 “盯上”，尤其是 15 - 19 岁的青少年，简直成了它的 “重点关照对象”。长骨的干骺端，这个骨骼生长最活跃的地方，却成了骨肉瘤的 “温床” 。而且，骨肉瘤特别爱转移到肺部，病情发展迅速，高发病率和高死亡率让患者们苦不堪言。尽管手术、化疗、免疫治疗和基因治疗等都在不断进步，但骨肉瘤患者的 5 年生存率依旧很低，就像一把沉重的枷锁，严重威胁着公众健康。所以，找到新的有效诊断、预后生物标志物和治疗靶点，开发新的治疗策略来提高患者生存率，成了医学领域亟待解决的难题。

在这样的背景下，武汉大学人民医院的研究人员为了探索骨肉瘤治疗的新方向，在《Journal of Translational Medicine》期刊上发表了题为 “3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A lyase inhibits the progression of osteosarcoma by promoting autophagy via the β-hydroxybutyrate-mediated PI3K/AKT/mTOR signaling pathway” 的论文。研究发现，3 - 羟基 - 3 - 甲基戊二酰辅酶 A 裂解酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzymOHBe A (HMG-CoA) lyase，HMGCL）在骨肉瘤中表达下调，而且和患者的预后密切相关。过表达 HMGCL 能够抑制骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，还能抑制体内肿瘤的生长。这一发现意义重大，意味着 HMGCL 有可能成为骨肉瘤治疗的新靶点，给众多骨肉瘤患者带来新的希望。

为了开展这项研究，研究人员用到了几种关键技术方法。首先是数据库挖掘，他们利用肿瘤免疫估计资源（Tumor Immune Estimation Resource，TIMER）数据库、癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）网站和基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus，GEO），获取骨肉瘤患者的相关数据。其次是细胞实验技术，通过构建稳定转染细胞系，进行定量实时聚合酶链反应（Quantitative real-time PCR，qRT-PCR）、蛋白质免疫印迹（Western blot）、细胞计数试剂盒 - 8（Cell Counting Kit - 8，CCK-8）检测、划痕愈合实验、Transwell 侵袭实验和免疫组织化学（Immunohistochemistry，IHC）实验等，来研究 HMGCL 对骨肉瘤细胞的影响。最后，还建立了裸鼠皮下成瘤模型，在动物体内进一步探究 HMGCL 的功能。

下面来详细看看研究结果。

• HMGCL 表达在骨肉瘤中下调且与预后相关：研究人员借助在线网站分析发现，HMGCL 基因在多种肿瘤中的表达情况各不相同，在胆管癌（CHOL）、结肠癌（COAD）等多种肿瘤组织中的表达低于正常组织，而在膀胱癌（BLCA）等部分肿瘤组织中表达上调。在骨肉瘤患者样本的检测中，qRT-PCR 和 Western blot 结果都显示，骨肉瘤组织中 HMGCL 的表达比正常组织低，在骨肉瘤细胞系（HOS、MG63、U2OS、143B）中的表达也低于人成骨细胞系（hFOB1.19）。通过对 TCGA 和 GEO 数据库中骨肉瘤患者数据的分析，进行 Kaplan-Meier 生存分析和 COX 分析后发现，HMGCL 基因高表达的骨肉瘤患者生存率明显更高，说明 HMGCL 基因表达是骨肉瘤患者的独立预后因素。
• HMGCL 可抑制骨肉瘤的增殖、迁移和侵袭：研究人员构建了 HMGCL 重组慢病毒并转染到骨肉瘤细胞系中，成功验证了稳定转染细胞系的构建。CCK-8 实验表明，过表达 HMGCL 的细胞组生长速率更低，说明 HMGCL 能影响骨肉瘤细胞的增殖。划痕愈合实验和 Transwell 侵袭实验的结果也显示，过表达 HMGCL 能抑制骨肉瘤细胞的迁移和侵袭能力。此外，研究还发现过表达 HMGCL 能抑制上皮 - 间质转化（Epithelial - Mesenchymal Transition，EMT）相关蛋白 N - cadherin 和 Vimentin 的表达，促进 E - cadherin 的表达，进一步证明其抑制骨肉瘤恶性程度的作用。
• 抑制 HMGCL 基因表达促进骨肉瘤的增殖、迁移和侵袭：研究人员构建了 HMGCL 基因敲低的慢病毒并转染到骨肉瘤细胞系中，经检测成功构建了稳定细胞系。CCK-8 实验发现，抑制 HMGCL 表达能促进骨肉瘤细胞生长。划痕愈合实验和 Transwell 侵袭实验也表明，下调 HMGCL 蛋白会增强骨肉瘤细胞的迁移和侵袭能力。Western blot 检测结果显示，抑制 HMGCL 表达会使 N - cadherin 和 Vimentin 蛋白水平升高，E - cadherin 蛋白表达降低，说明抑制 HMGCL 基因表达会促进骨肉瘤细胞的恶性发展。
• HMGCL 负向调节骨肉瘤中的 PI3K/AKT/mTOR 信号通路：对对照组和过表达 HMGCL 组的细胞进行 RNA 测序分析，发现有大量基因表达发生变化。KEGG 功能富集分析显示，HMGCL 主要作用于肿瘤相关通路，包括 PI3K/AKT 信号通路等。研究人员进一步检测发现，过表达 HMGCL 会抑制骨肉瘤细胞中 p - PI3K、p - AKT 和 p - mTOR 的表达水平，抑制 HMGCL 表达则会使这些蛋白表达水平升高，说明 HMGCL 可能通过负向调节 PI3K/AKT 信号通路影响骨肉瘤的恶性程度。
• PI3K 抑制剂可部分逆转 HMGCL 对骨肉瘤进展的抑制作用：为了验证 HMGCL 通过 PI3K/AKT 信号通路影响骨肉瘤的进展，研究人员在实验中加入 PI3K 抑制剂 3 - MA。CCK-8 实验、划痕愈合实验、Transwell 侵袭实验和 Western blot 检测结果都表明，3 - MA 能部分抵消抑制 HMGCL 基因表达对骨肉瘤细胞增殖、迁移、侵袭的促进作用，以及对 p - PI3K、p - AKT 和 p - mTOR 表达的上调作用，进一步证实了 HMGCL 通过调节 PI3K/AKT/mTOR 信号通路影响骨肉瘤的进展。
• HMGCL 调节骨肉瘤中的自噬：前期测序结果提示 HMGCL 可能影响骨肉瘤的自噬过程。研究人员分析自噬相关蛋白的表达变化发现，过表达 HMGCL 能促进 Beclin1 蛋白表达，抑制 P62 蛋白表达，说明过表达 HMGCL 能促进自噬。加入 mTOR 激动剂 3BDO 后，HMGCL 对自噬相关蛋白的调节作用部分被逆转，表明 HMGCL 可能通过调节 PI3K/AKT/mTOR 信号通路来调节骨肉瘤的自噬水平，进而影响其恶性程度。
• HMGCL 通过 β - HB 介导的 PI3K/AKT/mTOR/ULK1 轴影响骨肉瘤细胞的自噬：HMGCL 参与 β - 羟基丁酸（β - hydroxybutyrate，β - HB）的生成，研究发现加入 β - HB 能抑制 PI3K/AKT/mTOR 信号通路。进一步研究发现，过表达 HMGCL 能促进 ULK1 的磷酸化和激活，mTOR 激动剂能逆转这一结果。抑制 ULK1 表达会抑制自噬，且能部分逆转过表达 HMGCL 对自噬的促进作用。这些结果表明，HMGCL 通过 β - HB 介导抑制 PI3K/AKT/mTOR 信号通路，促进 ULK1 的磷酸化和激活，从而促进骨肉瘤细胞的自噬。
• HMGCL 通过调节 PI3K/AKT/mTOR 信号通路和自噬影响肿瘤生长：研究人员构建了裸鼠皮下异种移植模型，结果显示过表达 HMGCL 能抑制裸鼠皮下肿瘤的生长速率。对皮下肿瘤细胞进行 Western blot 分析发现，过表达 HMGCL 的组中，p - PI3K、p - AKT、p - mTOR、N - cadherin、Vimentin 和 P62 的表达水平显著降低，而 E - cadherin、Beclin1 和 p - ULK1 的表达水平显著升高，再次证明 HMGCL 通过调节 PI3K/AKT/mTOR 信号通路和自噬影响骨肉瘤的恶性程度。

综合研究结果和讨论部分，这项研究意义非凡。骨肉瘤作为一种常见且难治的原发性骨恶性肿瘤，严重威胁着患者的生命健康。而 HMGCL 在骨肉瘤中扮演着肿瘤抑制基因的角色，其表达下调与患者预后不良相关。研究人员详细揭示了 HMGCL 抑制骨肉瘤进展的机制，即通过其产物 β - HB 介导抑制 PI3K/AKT/mTOR 信号通路，促进 ULK1 的磷酸化和激活，进而促进自噬，最终抑制骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭。这一发现为骨肉瘤的治疗提供了全新的潜在分子靶点，为开发新的治疗策略指明了方向。虽然目前研究还存在一些局限性，比如临床样本量较小、未在临床患者中大规模验证、未充分评估 HMGCL 在不同骨肉瘤亚型中的作用以及未深入探究与其他信号通路的相互作用等，但这些也为后续研究提供了明确的方向。相信在未来，随着研究的不断深入，基于 HMGCL 的治疗方法有望为骨肉瘤患者带来更好的治疗效果，让他们看到战胜病魔的曙光。