KRAS G12V 突变型结直肠腺瘤中 ACSS2 的关键作用及靶向治疗新策略

《Cell Reports》：KRAS G12V mutation-selective requirement for ACSS2 in colorectal adenoma formation

本文聚焦结直肠癌（CRC）中致癌性 KRAS 突变。通过构建等基因小鼠结肠上皮细胞系，发现 KRAS G12V 突变细胞具有独特代谢特征，对 ACSS2 依赖增强。抑制 ACSS2 可增敏 KRAS G12V 细胞对 MEK 抑制剂的反应，为 CRC 治疗提供新方向。

　　### 研究背景
结直肠癌（CRC）是全球常见恶性肿瘤之一，KRAS 突变在约 45% 的 CRC 病例中出现，与肿瘤侵袭、转移、治疗耐药及不良预后相关。CRC 中常见的 KRAS 突变位点包括密码子 12、13、61、117 和 146，其中 G12D、G12V 和 G13D 较为常见。不同 KRAS 突变在生化和信号特性上存在差异，影响疾病预后和治疗反应，但具体机制尚不清楚。目前针对 KRAS 的直接靶向治疗虽有进展，如 KRAS^G12C抑制剂获批，但在 CRC 中的疗效有限，因此深入了解 KRAS 突变的生物学特性对开发有效治疗策略至关重要。

实验设计

1. 构建等基因细胞系：利用 CRISPR 驱动的基因组编辑技术，将原始的 Kras^G12D等位基因改造为 Kras^G12V、Kras^G12R或 Kras^G13D，构建小鼠结肠上皮等基因细胞系。
2. 多组学分析：对 KRAS 突变的小鼠结肠上皮细胞进行转录组学（RNA 测序）和蛋白质组学分析，探究不同突变体的信号差异。
3. 功能实验：评估 KRAS 突变对细胞增殖、下游信号通路及对抑制剂敏感性的影响；研究 ACSS2 在 KRAS 突变细胞中的作用，包括其对脂质代谢、细胞存活和对 MEK 抑制剂敏感性的影响。
4. 动物实验：将 KRAS 突变细胞接种到小鼠体内，观察肿瘤生长情况，评估 ACSS2 在肿瘤发生中的作用及靶向 ACSS2 联合 MEK 抑制的治疗效果。

实验结果

1. KRAS 突变驱动不同的下游信号通路
   • 细胞增殖差异：不同 KRAS 突变的细胞系在增殖能力上存在适度差异，KRAS G12V 细胞的倍增时间较短。
   • RAS 激活水平：KRAS G12D 细胞的 GTP 结合 KRAS 水平最高，KRAS G12V 细胞略低，但差异无统计学意义，KRAS G12R 和 G13D 细胞的 GTP 结合 KRAS 水平显著低于 KRAS G12D 细胞。
   • 下游信号通路激活：在低血清培养条件下，KRAS G12D 和 G12V 细胞的 PI3K 激活无差异，G12R 和 G13D 细胞的 AKT 磷酸化水平显著降低；KRAS G13D 细胞的 ERK 激活水平低于其他细胞系。所有 KRAS 突变体对上游促有丝分裂信号均有反应，急性 EGF 刺激可增加 AKT 和 ERK 磷酸化。
   • 对抑制剂的敏感性：不同 KRAS 突变体对 AKT 和 MEK 抑制剂的敏感性不同，G12V 细胞对两种抑制剂的敏感性最低。
   
   
2. 蛋白质组学分析揭示 KRAS G12V 细胞中 mTORC1 活性增加
   • 转录组学分析：PCA 分析显示不同基因型的样本在主成分空间中分离，KRAS G12D 和 G12V 形成单独的簇，表明两者基因表达谱存在明显差异。GSEA 分析发现，KRAS G12V 细胞中 MTORC1_SIGNALING 和 CHOLESTEROL_HOMEOSTASIS 基因集显著富集。
   • 蛋白质组学验证：蛋白质组学分析结果与转录组学一致，MTORC1_SIGNALING 和 CHOLESTEROL_HOMEOSTASIS 基因集在 KRAS G12V 细胞中持续富集。IPA 分析确定 SREBF1、SREBF2 和 ATF4 为 KRAS G12V 细胞中独特激活的潜在上游调节因子。
   
   
3. KRAS G12V 细胞通过 ACSS2 增加乙酸盐利用
   • 脂质代谢相关蛋白表达：所有 KRAS 突变体在低血清培养条件下，裂解的 SREBP1 水平均增加，但 KRAS G12V 细胞中 ACSS2 的表达显著高于其他突变体，且在生长因子刺激后仍保持较高水平。
   • 胆固醇水平及来源：KRAS G12V 细胞的细胞内胆固醇水平最高，但对 HMG - CoA 还原酶抑制剂的敏感性与 KRAS G12D 细胞无差异。稳定同位素示踪实验表明，KRAS G12V 细胞从外源乙酸盐中获取的乙酰 - CoA 酰基碳显著高于其他突变体。
   • ACSS2 敲除的影响：ACSS2 敲除显著降低了 KRAS G12V 细胞的细胞内胆固醇水平，而对其他 KRAS 突变细胞的胆固醇水平无显著影响。
   
   
4. KRAS G12V 细胞中 ACSS2 依赖的 RAPTOR 高乙酰化：ACSS2 主要定位于细胞质，KRAS G12V 突变体中 ACSS2 的表达水平高于其他突变体。研究发现 RAPTOR 在 G12V 细胞中高度乙酰化，且这种乙酰化依赖于 ACSS2，提示 ACSS2、mTORC1 和脂质合成之间可能存在潜在联系。
5. ACSS2 抑制使 KRAS G12V 小鼠结肠上皮细胞对 MEK 抑制敏感
   • MEK 抑制对相关蛋白表达的影响：KRAS G12V 细胞在 MEK 抑制后，裂解的 SREBP1 水平仍保持较高，ACSS2 表达增加且高于其他突变体。
   • 胆固醇水平变化：MEK 抑制后，KRAS G12V 细胞的胆固醇水平显著增加，而 KRAS G12D 和 G12R 细胞无显著差异。ACSS2 敲除后，MEK 抑制对细胞内胆固醇水平无显著影响。
   • 联合抑制的效果：ACSS2 抑制剂单独使用时对细胞活力影响不显著，但可协同增加 KRAS G12V 细胞对 MEK 抑制的敏感性，而对其他 KRAS 突变体无此作用。
   
   
6. ACSS2 和 MEK 的双重抑制在人等基因细胞系中选择性靶向 KRAS G12V 细胞：在人源的 LIM1215 和 SW48 等基因细胞系中，虽然 ACSS2 表达在 KRAS 突变体之间无显著差异，但 KRAS G12V 细胞的总胆固醇水平较高，且对 ACSS2 抑制和 ACSS2 与 MEK 联合抑制更为敏感。
7. ACSS2 是 KRAS G12V 驱动的肿瘤生长所必需的：将 KRAS 突变细胞接种到小鼠体内，KRAS G12V;ACSS2 KO 细胞无法增殖，表明 ACSS2 在 KRAS G12V 突变肿瘤的早期发展中起关键作用。单独使用曲美替尼对 KRAS G12V 肿瘤生长无显著抑制作用，但 ACSS2 抑制可显著抑制肿瘤生长，联合曲美替尼可进一步阻止肿瘤进展。

研究结论

本研究表明 ACSS2 是 KRAS G12V 突变细胞中独特的代谢调节因子。KRAS G12V 突变体通过增加 ACSS2 表达，增强乙酸盐利用，促进脂质合成和肿瘤生长。抑制 ACSS2 可使 KRAS G12V 细胞对 MEK 抑制敏感，为 KRAS G12V 突变的 CRC 治疗提供了潜在的治疗靶点和策略。然而，本研究存在一定局限性，如等基因细胞系可能存在遗传或表观遗传漂移，实验模型与生理条件存在差异等，未来需要进一步研究加以完善。