脂质代谢 CRISPR 筛选揭示：甲羟戊酸途径酶对前列腺癌生长至关重要，NUS1 或成治疗新靶点

这篇研究利用定制脂质代谢敲除文库进行 CRISPR-Cas9 筛选，发现甲羟戊酸 - 多萜醇 - N - 聚糖生物合成途径，尤其是 NUS1，对前列腺癌生存和生长至关重要。NUS1 缺失会引发多种变化抑制肿瘤生长，为前列腺癌治疗提供了新方向。

　　

研究背景

代谢和生物能量学的改变是癌症的标志，脂质代谢的适应性变化在前列腺癌中尤为突出。过往研究描述了前列腺癌通过从头脂肪生成产生脂肪酸，以及外源性脂肪酸对其生长和进展的重要性，这为靶向脂质代谢治疗前列腺癌提供了理论依据。

临床前研究虽证实了靶向从头脂肪生成、脂肪酸摄取和氧化在前列腺癌治疗中的有效性，但现有药物的毒性问题以及代谢途径间的补偿效应阻碍了相关药物疗法的转化。因此，寻找脂质代谢的其他关键调控点对前列腺癌治疗意义重大。

研究方法

研究人员开发了一种定制的人类脂质代谢敲除（KO）文库，该文库包含针对 1,530 个编码脂质代谢调节酶基因的 15,300 个单导向 RNA（sgRNA）和 200 个非靶向对照 sgRNA。为避免干扰广泛的细胞信号传导，研究排除了编码转录因子、甲基转移酶等相关基因。

利用该文库，研究人员在代表疾病不同进展阶段的三种前列腺癌细胞系（转移性激素敏感性 LNCaP、转移性去势抵抗性 C4-2B 和恩杂鲁胺抗性 MR-49F）中进行 CRISPR-Cas9 敲除筛选。细胞在含有模拟人体血液中脂肪酸浓度和摩尔比的培养基中培养，以更好地模拟肿瘤微环境。

研究结果

1. 筛选出前列腺癌生存必需基因：通过筛选，研究人员确定了 90 个对 LNCaP 细胞生存至关重要的依赖基因，100 个对 C4-2B 细胞生存至关重要的依赖基因，以及 75 个对 MR-49F 细胞生存至关重要的依赖基因。其中，63 个是三种细胞系共有的依赖基因，这些基因显著富集于萜类骨架合成、N - 聚糖生物合成等通路。研究发现，参与甲羟戊酸途径（如HMGCS1、PMVK、MVD）和多萜醇 - N - 聚糖生物合成途径（如NUS1、DHDDS、DOLK、DPAGT1）的基因是前列腺癌生存的关键依赖基因。同时，研究还发现一些与去势抵抗和恩杂鲁胺抵抗相关的基因，这些基因可能是延缓前列腺癌耐药的关键靶点。
2. 甲羟戊酸 - 多萜醇 - N - 聚糖生物合成途径对前列腺癌的重要性：进一步研究表明，甲羟戊酸途径对前列腺癌的生存至关重要，且主要是用于多萜醇和 N - 聚糖生物合成，而非胆固醇合成。敲除参与甲羟戊酸、多萜醇和蛋白质 N - 聚糖生物合成途径的基因，如HMGCS1、MVK、MVD、NUS1、DOLK和DPAGT1，会显著抑制 C4-2B 细胞在软琼脂集落形成试验中的生长，并抑制细胞增殖。而敲除胆固醇合成相关基因，如SQLE和DHCR7，对 C4-2B 细胞生长没有影响。
3. NUS1 对前列腺癌生长和生存的关键作用：研究人员重点研究了 NUS1 基因，它编码顺式异戊烯基转移酶（cis-PTase）的一个亚基，对多萜醇合成至关重要。体内实验表明，敲除 NUS1 基因会显著抑制 C4-2B 细胞异种移植物的肿瘤生长，并延长小鼠的生存期。在多种前列腺癌细胞系（如 LNCaP、22Rv1、PC3 和 MR-49F）中，敲低 NUS1 表达均会抑制细胞生长。在患者来源的异种移植（PDX）衍生的类器官中，NUS1 缺失也会导致生长显著减少。
4. NUS1 缺失影响前列腺癌细胞的机制：NUS1 缺失会导致细胞内活性氧（ROS）积累和脂质过氧化增加，增强对铁死亡的敏感性，但铁死亡并非导致细胞活力下降的主要原因。NUS1 缺失还会激活内质网（ER）应激，表现为 ER 应激相关基因（如BIP、XBP-1s和CHOP）的 mRNA 和蛋白质表达上调。虽然添加 ER 应激抑制剂 4 - 苯基丁酸（4-PBA）可部分提高细胞活力，但无法完全逆转。此外，NUS1 缺失会激活 p38 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路，同时限制 ERK1/2 信号通路诱导的细胞死亡。细胞周期分析表明，NUS1 缺失会使细胞停滞在 G₁期，抑制细胞增殖。
5. NUS1 与雄激素受体（AR）信号通路的关系：AR 信号通路对前列腺癌的生长和进展至关重要。研究发现，NUS1 缺失会降低 AR 蛋白水平和 AR 信号活性，表现为核 AR 和 AR 靶基因（如KLK3和NKX3-1）的表达下调。在 C4-2B 类器官中，同时抑制 NUS1 和 AR（使用恩杂鲁胺）比单独使用恩杂鲁胺更能有效降低细胞活力，表明 NUS1 可能参与 AR 的调节，且靶向 NUS1 可使前列腺癌细胞对 AR 导向的治疗更敏感。

研究讨论

本研究通过 CRISPR-Cas9 筛选，确定了 63 个对不同阶段前列腺癌细胞生存至关重要的共享依赖基因，其中包括甲羟戊酸途径和多萜醇 - N - 聚糖生物合成途径相关基因。这一发现为前列腺癌的治疗提供了新的潜在靶点。

NUS1 在前列腺癌生长和生存中起着关键作用，其缺失会导致多种影响细胞活力的变化，包括氧化应激、ER 应激、G₁细胞周期停滞和 AR 信号通路抑制。这些多方面的效应表明 NUS1 在前列腺癌中具有重要的调节作用，为开发新的治疗策略提供了理论依据。

此外，研究还发现他汀类药物的抗癌作用可能并非通过抑制胆固醇合成，而是通过影响甲羟戊酸途径的其他代谢产物。同时，研究中脂肪酸转运蛋白在前列腺癌中的非必要性以及 FASN 依赖的异质性，提示了脂质代谢在前列腺癌中的复杂性，需要重新审视从头脂肪生成在前列腺癌治疗中的靶向性。

研究的局限性在于，虽然确定了 NUS1 对前列腺癌生长的重要性，但对其多方面影响的潜在机制仍不清楚。此外，体内外实验结果的差异表明，未来需要进行体内筛选以进一步验证研究结果。

综上所述，本研究通过功能性基因组学方法，确定了 NUS1 是前列腺癌治疗的潜在靶点，为开发针对前列腺癌患者的治疗策略提供了重要参考，无论是单独使用还是与 AR 抑制剂联合使用，都具有潜在的临床应用价值。