DLAT 在肝癌代谢中的关键作用及 AUHK109R-mRNA LNP 疗法的突破

《Cell Metabolism》：Pyruvate metabolism enzyme DLAT promotes tumorigenesis by suppressing leucine catabolism

该研究揭示 DLAT 促进肝癌进展机制，并证实 AUHK109R-mRNA LNP 可有效抑制肝癌生长。

　　

引言

肝细胞癌（HCC）在全球范围内的发病率和死亡率呈显著上升趋势。代谢重编程在肝癌进展中发挥着关键作用，其中丙酮酸和支链氨基酸（BCAA）代谢的改变尤为重要。丙酮酸脱氢酶（PDH）复合物中的二氢硫辛酰胺 S - 乙酰转移酶（DLAT）不仅在丙酮酸代谢中起关键作用，还可作为蛋白质乙酰转移酶。然而，其在肿瘤代谢中的具体作用机制，以及与 BCAA 代谢之间的关系尚不完全清楚。

亮氨酸作为 BCAA 的一种，在哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 1（mTORC1）通路激活中具有独特地位，与肝癌进展密切相关。AU RNA 结合甲基戊二酰辅酶 A（CoA）水合酶（AUH）在亮氨酸分解代谢中至关重要，但 AUH 的代谢活性调控及其在肿瘤进展中的作用尚不明确。

本研究旨在揭示 DLAT 在肝癌代谢中的作用机制，并探索基于此的新型治疗策略，为肝癌的治疗提供新的思路和方向。

研究结果

1. DLAT 高表达与肝癌不良预后相关：通过 Cox 生存分析筛选出与肝癌预后相关的丙酮酸代谢基因，发现 DLAT 表达与肝癌患者的高风险比显著相关。对多个数据集的分析表明，DLAT 在肝癌组织中高表达，且与肿瘤恶性程度呈正相关。生存分析进一步证实，DLAT 高表达组患者的总生存期（OS）、疾病特异性生存期和无进展生存期均显著缩短，表明 DLAT 是肝癌发展的重要风险因素，可作为潜在的诊断生物标志物。
2. 靶向 DLAT 抑制肿瘤增殖：EdU 染色和 CCK8 分析显示，DLAT 沉默显著抑制 Huh7 和 HepG2 细胞的增殖。在体内实验中，构建的皮下异种移植瘤模型和肝特异性 DLAT 敲低小鼠模型表明，DLAT 缺失可显著抑制肿瘤生长，减少肿瘤数量和体积，降低 Ki-67 表达，且对正常组织无明显不良影响，说明 DLAT 在肿瘤生长和进展中起关键作用。
3. DLAT 缺失对 TCA 循环中间产物影响有限：代谢组学分析发现，DLAT 缺失对大多数三羧酸循环（TCA）中间产物水平影响不显著，但代谢通量分析表明，其可减少丙酮酸衍生的乙酰辅酶 A 和 TCA 循环中间产物。进一步研究发现，谷氨酰胺可补偿 DLAT 缺失对 TCA 循环的影响，维持 TCA 循环稳定性。
4. 靶向 DLAT 促进肝癌亮氨酸分解代谢：代谢组学结果显示，DLAT 缺失导致 Huh7-sgDLAT 细胞中亮氨酸、天冬氨酸和缬氨酸水平显著下调。补充亮氨酸可逆转 DLAT 缺失对细胞生长的抑制作用，而补充天冬氨酸和缬氨酸则无此效果。研究还发现，DLAT 缺失可促进亮氨酸分解代谢，且亮氨酸分解代谢与肝癌预后相关，上调亮氨酸分解代谢可改善肝癌患者的预后。
5. DLAT 消融抑制肝癌增殖的机制：转录组分析表明，DLAT 缺失与 mTOR 信号通路的抑制密切相关。免疫印迹分析显示，DLAT 缺失可抑制 mTOR 及其下游蛋白的磷酸化，而亮氨酸补充可逆转这一抑制作用。Co-IP 实验表明，DLAT 促进亮氨酸介导的 mTOR 信号通路激活，EdU 染色进一步证实，亮氨酸补充可减轻 DLAT 缺失对肝癌细胞增殖的抑制作用，揭示了 DLAT 通过调节亮氨酸 - mTOR 信号通路影响肝癌增殖的机制。
6. DLAT 对 AUH 的乙酰化调控：免疫印迹分析发现，DLAT 缺失对关键亮氨酸分解代谢酶的蛋白水平影响较小。乙酰化蛋白质组学分析表明，DLAT 可能调节亮氨酸分解代谢酶的乙酰化水平。通过筛选确定 AUH 为 DLAT 的潜在乙酰化靶点，实验证实 DLAT 可直接与 AUH 相互作用并调节其乙酰化，且 DLAT 对 AUH 具有较高的底物亲和力。
7. DLAT 介导的 AUH 乙酰化促进肝癌进展：沉默 AUH 可逆转 DLAT 缺失对 Huh7 细胞生长的抑制作用，表明 DLAT 通过调节 AUH 影响亮氨酸水平和肝癌细胞增殖。进一步研究发现，DLAT 介导的 AUH 在 K109 位点的乙酰化显著抑制 AUH 的催化活性，促进肝癌增殖。
8. LNP 包装的 AUH 突变 mRNA 有效抑制肿瘤生长：基于 AUH^K109R突变体对肝癌细胞增殖的抑制作用，构建了 LNP 包裹的 AUH^K109R mRNA 治疗策略。体内实验表明，AUH^K109R-mRNA LNP 可显著抑制 MHCC-97H 异种移植瘤的生长，降低肿瘤重量，减少 Ki-67 和 EpCAM 表达，下调亮氨酸水平，抑制 mTOR 激活，且对正常组织无明显不良影响，为肝癌治疗提供了新的策略。

研究讨论

DLAT 在丙酮酸代谢中起关键作用，但其缺失对 TCA 循环中间产物的影响可被谷氨酰胺补偿。研究发现 DLAT 通过非代谢酶活性促进肝癌生长，即通过乙酰化 AUH 导致亮氨酸积累，揭示了其在肝癌发展中的双重作用。

正常细胞中，DLAT 可能通过调节丙酮酸氧化和亮氨酸分解代谢，维持细胞代谢平衡，为正常细胞优先利用葡萄糖而非亮氨酸提供能量提供潜在机制。

本研究揭示了丙酮酸代谢和 BCAA 代谢之间的新联系，即 DLAT 通过乙酰化 AUH 抑制亮氨酸分解代谢，促进肝癌进展。开发的 AUH^K109R-mRNA LNP 有效抑制肝癌进展，且可能对其他由亮氨酸 - mTOR 通路激活驱动的癌症也有治疗效果。与 mTOR 抑制剂相比，靶向 AUH 可能更精准地作用于肝癌相关信号通路，减少不必要的副作用。

研究局限性

本研究虽然揭示了 DLAT 在肝癌中的重要作用，但 DLAT 过表达的调控信号通路仍需进一步研究。此外，本研究基于有限的临床样本，需要更大规模的研究来验证结果。同时，AUH^K109R-mRNA LNP 在其他肿瘤中的应用潜力也有待进一步探索。

研究展望

未来的研究可深入探讨 DLAT 过表达的分子机制，明确其上游调控因子。扩大临床样本规模，进一步验证 DLAT 作为肝癌诊断和预后生物标志物的可靠性。拓展 AUH^K109R-mRNA LNP 在其他肿瘤中的研究，评估其在不同肿瘤类型中的治疗效果，为癌症治疗提供更广泛的应用前景。