靶向线粒体 Ca2+摄取：胰腺癌治疗的新希望

胰腺癌死亡率高，治疗手段有限。本文研究发现线粒体 Ca2+单向转运体（MCU）在胰腺癌中高表达，其缺失可抑制癌细胞增殖、转移并减少上皮 - 间质转化（EMT）。这为胰腺癌治疗提供新靶点，有望开辟新治疗策略。

　　

线粒体 Ca²⁺调控上皮细胞可塑性影响胰腺癌生长和转移

胰腺癌是一种致命性癌症，其中胰腺导管腺癌（PDAC）最为常见，5 年生存率仅约 13%。患者治疗面临诸多困难，如诊断晚、易转移和对治疗反应差等。肿瘤细胞的转移机制尚未完全明确，非遗传的细胞可塑性在其中起重要作用，上皮 - 间质转化（EMT）是肿瘤细胞获得转移特性的关键过程。同时，Ca²⁺信号在癌症中具有重要影响，但线粒体 Ca²⁺信号在 PDAC 中的作用却鲜为人知。本研究聚焦于线粒体 Ca²⁺单向转运体（MCU），旨在探究其在 PDAC 中的作用机制，为胰腺癌治疗寻找新的靶点和策略。

MCU 在人类和小鼠胰腺癌中上调

研究人员通过对组织和公开数据集的分析，发现 MCU 蛋白在 PDAC 肿瘤细胞中的表达显著高于正常组织。在 TCGA - PAAD 队列中，较高的 MCU 基因表达与患者较差的生存结局相关。同时，MCU 复合物成分 Micu1 和 Smdt1（EMRE）的 mRNA 水平在 KPC 类器官中也有所增加。对公开的单细胞 RNA 测序数据的分析表明，MCU 复合物成员在 PDAC 样细胞中的表达高于正常型导管或腺泡样细胞群体，且 MCU 与 PDAC 中常见的 KRAS 突变相关。此外，人类 PDAC 细胞系的线粒体 Ca²⁺摄取速率比正常人类胰腺导管上皮细胞更快，这一系列结果表明 MCU 可能是 PDAC 的致癌驱动因素。

在 KPCY 小鼠模型中，研究人员进一步观察到 MCU 在胰腺上皮内瘤变病变和 PDAC 肿瘤细胞中表达上调，而在 YFP 阴性的基质细胞中表达较低，这表明肿瘤细胞在发生过程中会上调 MCU 的表达。

MCU 促进 PDAC 细胞的恶性特性

为了深入研究线粒体 Ca²⁺信号在胰腺癌发展中的作用，研究人员构建了 Mcu 基因敲除（Mcu^KO）的同基因小鼠模型。通过该模型，研究人员发现敲除 Mcu 基因可阻止 MCU 复合物的功能，消除线粒体对 Ca²⁺的摄取。

实验结果显示，KPCY - Mcu^{Cre - KO}细胞的增殖速率明显降低，伤口愈合能力、球状体形成能力、Transwell 迁移和侵袭能力均受到抑制，几乎无法在非锚定生长条件下形成球状体，这表明其自我更新能力缺失。为了排除体内敲除 MCU 可能导致的补偿机制影响，研究人员还构建了 CRISPR - KO 模型，该模型得到了与 Cre - 介导的 Mcu 敲除和拯救模型一致的结果，即敲除 Mcu 基因显著降低了 PDAC 细胞的恶性表型。

MCU 促进小鼠异种移植瘤的生长和转移

在体内实验中，研究人员将同基因细胞系植入小鼠体内进行原位移植和尾静脉注射实验。结果发现，KPCY - Mcu^{Cre - KO}细胞在原位植入后无法形成原发性肿瘤，也未观察到肝转移，而 KPCY - Mcu^rescue细胞则能形成肿瘤并发生转移。在尾静脉注射实验中，KPCY - Mcu^{Cre - KO}细胞同样未能形成转移菌落，而 KPCY - Mcu^rescue细胞则有效地在肺部定植。

在另一个正交模型中，研究人员注射了体外敲除 MCU 的同基因克隆细胞系（KPCY - Mcu^{CRISPR - KO}）和对照亲本系（KPCY - Mcu^WT），结果发现 MCU 缺失减少了原发性肿瘤负担和转移负担。虽然在 GEMM KPCY - Mcu^{Cre - KO}模型中未观察到明显的生存改善，但存在肿瘤细胞增殖减少、凋亡增加和转移肿瘤细胞数量减少的趋势，这表明线粒体 Ca²⁺摄取对 PDAC 肿瘤的生长和转移具有重要支持作用。

MCU 缺失减少 EMT

研究人员观察到 MCU - KO 和 MCU 表达的同基因细胞系在体外存在明显的形态差异，MCU - KO 细胞更具上皮特征，而 MCU 表达的细胞系则具有更多的间质特征。为了探究这种差异的原因，研究人员对相关指标进行了检测。

通过对 ECAD（上皮状态的标志物）的检测发现，MCU 表达的肿瘤细胞中 ECAD 表达明显降低，表明线粒体 Ca²⁺信号促进了 PDAC 肿瘤中的 EMT。进一步研究发现，KPCY - Mcu^WT细胞表达基础水平的关键 EMT 转录因子 Snai1（Snail），而在 Mcu^{CRISPR - KO}细胞中则检测不到。RNA 测序和相关分析表明，EMT 是 Mcu 表达和 Mcu - KO 细胞之间显著改变的基因集之一，KO 细胞中 EMT 基因的富集程度降低。在 KPCY - Mcu^KO小鼠的肿瘤组织中，也发现了更多处于 EMT 状态的细胞，这些结果表明 MCU 表达强烈促进了 PDAC 中的 EMT 转录程序。

TGF-β 和 Snail 拯救 Mcu^KO细胞的表型

研究人员发现，在基础未处理条件下，Mcu^WT细胞中 Snail 的表达水平高于 Mcu^{CRISPR - KO}细胞，且 Mcu^WT细胞分泌到细胞培养基中的 TGF - β 水平更高，尽管两者的 Tgfb1 转录本表达相似。TGF - β 是已知的 EMT 诱导剂，为了验证 Mcu^{CRISPR - KO}细胞中 EMT 标记物表达较低是由于 EMT 诱导因子分泌减少，研究人员使用 TGF - β 处理和稳定的 Snai1 过表达（Snail^OE）这两种方法在同基因细胞系中诱导 EMT。

结果表明，TGF - β 处理和 Snail^OE均能减少上皮细胞标记物 ECAD 的表达，增加间质标记物的表达，且在 Mcu^{CRISPR - KO}细胞中也能诱导出类似的 EMT 表型，这表明 Mcu^{CRISPR - KO}细胞的 EMT 机制仍然完整。

进一步的实验发现，Snail^OE能够拯救 Mcu^KO细胞在肿瘤细胞克隆形成、增殖、伤口愈合和 Transwell 迁移等方面的缺陷，TGF - β 处理也能增加细胞增殖。这些结果表明，抑制线粒体 Ca²⁺摄取减少了恶性表型，但不会阻止细胞对 EMT 诱导信号的反应，且 EMT 诱导可以在缺乏 MCU 介导的线粒体 Ca²⁺信号的肿瘤细胞中诱导关键的恶性表型，体现了 EMT 途径的分子冗余性。

Snail 表达在体内拯救 Mcu^{CRISPR - KO}细胞的表型

为了探究 Snail 过表达在体内的作用，研究人员将稳定表达 Snail 或空载体（EV）的 Mcu^{CRISPR - KO}细胞植入小鼠胰腺。结果发现，Snail 表达增加了原发性肿瘤负担和转移能力，且与 YFP⁺肿瘤细胞表面 ECAD 表达降低有关，这表明 Snail 过表达在体内能强烈诱导 Mcu^{CRISPR - KO}细胞发生 EMT。

此外，研究还发现 Snail 表达能使 Mcu^WT细胞对常用化疗药物吉西他滨和 5 - 氟尿嘧啶产生抗性，但对 Mcu^{CRISPR - KO}细胞无此作用，这表明 Mcu 敲除使细胞对这些药物敏感，且这种敏感性不能被 Snail 表达逆转，突出了靶向 MCU 在治疗上的潜力。

讨论

本研究揭示了线粒体 Ca²⁺流入通道 MCU 在 PDAC 中的重要作用机制。MCU 缺失可降低 PDAC 细胞的运动性、克隆形成能力和增殖能力，抑制肿瘤生长和转移，其机制主要是通过减少 EMT 和限制肿瘤细胞进入转移级联，从而阻止肿瘤细胞在远处定植。

线粒体 Ca²⁺稳态在细胞中具有双重作用，癌症细胞对 Ca²⁺信号存在一个 “Goldilocks 区”，不同癌症中 MCU 表达对生存和肿瘤生长的影响存在差异。在本研究中，虽然在体外和体内模型中观察到了明显的表型变化，但在敲除 KPCY - Mcu^{Cre - KO}动物中未观察到明显的表型，这可能是由于存在补偿机制。未来研究可通过诱导性 Cre - 介导的删除等方法，进一步探究 MCU 在 PDAC 中的作用。

此外，研究发现缺乏 MCU 表达会限制 EMT，但当施加外源性 EMT 诱导压力时，Mcu^KO细胞仍能发生 EMT，这可能会降低靶向 MCU 作为单一治疗方法的有效性。因此，联合使用 MCU 抑制剂和 TGF - β 信号抑制剂等组合疗法可能更具疗效，这也强调了开发针对 MCU 介导的线粒体 Ca²⁺摄取的特定药理学的必要性。同时，未来还应进一步研究 MCU 在调节 PDAC 代谢和其他信号通路中的作用，以及基质 MCU 在肿瘤发生、发展中的作用。

研究的局限性

本研究存在一些局限性。首先，主要使用小鼠模型研究鼠源 Mcu，虽然人与小鼠的 MCU 高度同源，但仍需在人类患者来源的 PDAC 类器官中进行功能研究，以确定结果是否适用于人类系统。其次，研究中使用传统的 Cre - loxP 等位基因在肿瘤发生时同时敲除 Mcu，而在实际临床中，通常是在肿瘤形成后进行治疗，因此未来应使用双重组酶小鼠模型或诱导性 shRNA 介导的敲低方法，研究已形成肿瘤中 Mcu 缺失的急性效应。此外，本研究的细胞培养模型存在稳定性问题，可能会诱导补偿机制，影响对线粒体 Ca²⁺处理的研究。最后，研究主要关注肿瘤细胞中的线粒体 Ca²⁺，而 PDAC 中宿主细胞数量远多于肿瘤细胞，未来应研究基质 MCU 在调节肿瘤起始、生长和进展中的作用。