丝氨酸代谢：食管癌治疗的新靶点？

为探索食管鳞状细胞癌（ESCC）的治疗新策略，汕头大学研究人员研究丝氨酸代谢，发现其可抑制 ESCC 细胞增殖，联合抑制 PSAT1 和丝氨酸剥夺能抑制肿瘤生长，为 ESCC 治疗提供理论依据。

　　在人体的微观世界里，癌症细胞如同疯狂生长的 “小怪兽”，不断侵蚀着健康的机体。食管癌，作为全球癌症领域的 “狠角色”，是第 11 大常见癌症和第七大癌症相关死亡原因，其中食管鳞状细胞癌（ESCC）更是食管癌的主要组织学亚型，对放化疗敏感性有限。目前，ESCC 患者的 5 年生存率低于 40%，且由于对其发病机制了解不足，缺乏有效的靶向药物，这使得食管癌的治疗陷入困境，亟待新的突破。

在此背景下，汕头大学的研究人员挺身而出，开展了一项聚焦于 ESCC 中丝氨酸代谢的研究。该研究成果为食管癌的治疗带来了新的曙光，若能进一步转化应用，或许能为无数 ESCC 患者带来生的希望。相关研究发表在《Cell Death and Disease》期刊上。

为了深入探究 ESCC 的奥秘，研究人员采用了多种先进的技术方法。细胞实验方面，运用多种细胞系进行实验，通过细胞增殖实验（如 MTT 法、EdU 掺入实验）、细胞周期分析（双胸腺嘧啶核苷阻断法同步细胞周期后用流式细胞术检测）、RNA 提取与定量实时逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）检测基因表达、免疫印迹检测蛋白水平等技术，从细胞层面剖析丝氨酸代谢的影响。代谢组学分析上，利用非靶向代谢组学和靶向代谢组学技术，基于 UPLC/Q-TOF-MS/MS 和 LC-MS 等设备，全面分析细胞内代谢物变化。此外，还通过基因沉默技术（siRNA 和 shRNA）干扰相关基因表达，mRNA 测序分析基因表达谱，染色质免疫沉淀（ChIP）实验探究转录因子与基因启动子的结合情况，以及构建肿瘤异种移植小鼠模型评估体内肿瘤生长情况 。

研究结果如下：

1. 丝氨酸饥饿抑制 ESCC 细胞增殖并诱导 G1 期细胞周期阻滞：研究人员用不同培养基培养 ESCC 细胞，MTT 实验表明，缺乏丝氨酸（-Ser）和同时缺乏丝氨酸与甘氨酸（-SG）的培养基能显著抑制 KYSE150、KYSE180 等多种 ESCC 细胞的增殖，且呈时间依赖性，而缺乏甘氨酸（-Gly）的培养基无明显影响。进一步实验发现，丝氨酸饥饿抑制细胞增殖但不诱导细胞死亡，还会使 ESCC 细胞发生 G1 期细胞周期阻滞，EdU 掺入实验显示其显著抑制 DNA 合成。
2. 丝氨酸饥饿减少嘌呤核苷酸池：对丝氨酸饥饿 24 小时的 KYSE150 细胞进行非靶向代谢组学分析，发现差异代谢物涉及嘌呤代谢等途径。尽管丝氨酸饥饿时甘氨酸及胸苷酸合成途径关键中间产物水平保持相对稳定，但 10 - 甲酰基四氢叶酸（10-formyl-THF）减少，导致嘌呤合成上游中间产物甘氨酰胺核糖核苷酸（GAR）和氨基咪唑羧酰胺核糖核苷（AICAR）积累。补充甲酸（FA）可显著挽救丝氨酸饥饿导致的细胞增殖抑制、细胞周期阻滞和 DNA 合成抑制，同时补充次黄嘌呤单磷酸（IMP）或腺苷也能部分挽救，这表明丝氨酸饥饿通过减少从头嘌呤合成和腺嘌呤补救合成，显著降低嘌呤核苷酸池，恢复嘌呤池可缓解细胞增殖抑制。
3. 丝氨酸饥饿激活 AMPKα 抑制 mTORC1 信号通路：由于丝氨酸饥饿导致 AICAR（一种 AMPK 激活剂）和 AMP/ATP 比值增加，研究人员通过蛋白质免疫印迹法检测发现，ESCC 细胞中 AMPKα 在丝氨酸饥饿后磷酸化水平显著上调，表明其被激活。同时，mTORC1 下游效应器磷酸化 p70S6K 和磷酸化 S6 水平下调，Raptor 在丝氨酸 792 位点的磷酸化增加，而 mTOR 在丝氨酸 2448 位点的磷酸化不变。补充 FA 可减弱这些变化，沉默 PRKAA1（编码 AMPKα）或使用化合物 C 抑制 AMPKα，能挽救丝氨酸饥饿对 mTORC1 活性和细胞增殖的抑制作用，说明 AMPKα 在介导丝氨酸饥饿对 mTORC1 活性和细胞增殖的抑制中起关键作用。
4. 丝氨酸饥饿抑制 NADPH 合成并诱导 DNA 氧化损伤：除葡萄糖的氧化戊糖磷酸途径（PPP）外，NADPH 也来源于丝氨酸驱动的叶酸循环。研究发现，丝氨酸饥饿降低了 ESCC 细胞中 NADPH/NADP?和 GSH/GSSG 比值，且脯氨酸水平下降，补充 FA 可恢复 GSH/GSSG 比值。此外，丝氨酸饥饿增加了细胞对过氧化氢（H?O?）诱导的氧化应激的敏感性，导致总 ROS 和线粒体 ROS 水平升高，DNA 氧化损伤标志物 8 - 氧代鸟嘌呤（8-OxoG）阳性细胞增多，补充 FA 可减轻这些现象，表明丝氨酸支持 NADPH 合成，对维持 ESCC 细胞的氧化还原稳态和防止 ROS 诱导的 DNA 损伤至关重要。
5. 丝氨酸饥饿诱导 p53-p21 介导的 G1 期细胞周期阻滞：对丝氨酸饥饿的 KYSE150 细胞进行 mRNA 测序，发现差异基因与细胞周期、p53 信号通路等密切相关。qPCR 和蛋白质免疫印迹实验证实，丝氨酸饥饿上调了 TP53 及其下游靶基因 CDKN1A 和 GADD45A 的表达，同时下调了 CCNA2 和 CCNB2 的表达，导致 p53（丝氨酸 15 位点）和 p21 蛋白表达上调。沉默 P53 可减弱丝氨酸饥饿诱导的 p21 上调，补充 FA 可恢复细胞周期相关基因的表达并减轻 p53 的磷酸化，表明丝氨酸饥饿通过增加 DNA 氧化损伤，触发 p53-p21 介导的 G1 期细胞周期阻滞，FA 可减轻这些影响。
6. 丝氨酸饥饿激活丝氨酸合成途径（SSP）并增加内源性丝氨酸合成：研究发现，丝氨酸饥饿后 ESCC 细胞内丝氨酸和甘氨酸水平在 24 小时后几乎恢复正常，且丝氨酸合成途径（SSP）中的关键酶，如磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）、磷酸丝氨酸转氨酶 1（PSAT1）和磷酸丝氨酸磷酸酶（PSPH）的表达上调。转录因子 ATF4 在丝氨酸饥饿后表达上调，且与 PHGDH、PSAT1 和 PSPH 的表达呈正相关，ChIP 实验表明丝氨酸饥饿诱导 ATF4 与 PHGDH 和 PSAT1 的启动子结合，敲低 ATF4 可抑制 SSP 酶基因的转录上调和细胞增殖，说明 ATF4 介导了丝氨酸饥饿后 ESCC 细胞中 PHGDH 和 PSAT1 的转录上调，促进内源性丝氨酸合成并支持细胞增殖。
7. PSAT1 敲低与丝氨酸剥夺联合抑制 ESCC 细胞生长：分析 GEO 和 TCGA 数据库发现，PSAT1 和 PSPH 在人类 ESCC 组织中显著过表达，而 PHGDH 表达无差异。在 KYSE150 和 KYSE180 细胞中敲低 PSAT1，MTT 实验显示其抑制细胞增殖，与丝氨酸剥夺联合使用可完全抑制细胞存活。在小鼠异种移植模型中，PSAT1 敲低联合丝氨酸缺乏饮食显著抑制肿瘤生长，且该联合处理降低了肿瘤组织中的丝氨酸水平，表明 PSAT1 在维持 ESCC 肿瘤生长中起关键作用，PSAT1 敲低与丝氨酸剥夺联合是抑制 ESCC 肿瘤生长的有效策略。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了丝氨酸在 ESCC 进展中的重要作用，它通过参与嘌呤核苷酸和 NADPH 合成，维持 ESCC 细胞的快速增殖和氧化还原平衡，进而调节 AMPKα/mTORC1 信号通路和 p53-p21 介导的 G1 期细胞周期。丝氨酸剥夺联合 PSAT1 抑制在体外和体内均能显著抑制 ESCC 肿瘤生长，为 ESCC 的治疗提供了一种潜在的新策略。不过，研究也存在一些局限性，例如丝氨酸代谢通过替代途径对 ESCC 细胞代谢重编程的影响还需进一步探索，丝氨酸饥饿导致 p53（丝氨酸 15 位点）磷酸化上调是否直接由 AMPK 激活介导也有待验证 。但总体而言，该研究为食管癌治疗开辟了新思路，有望推动食管癌治疗领域的进一步发展。