施裕豐團隊牽頭發現癌細胞對氧化磷酸化抑製的調控新機製⛑️，相關研究成果發表於《高級科學》
來源：醫學院
時間🙍🏿♀️：2022-11-22 瀏覽🤷🏽♀️：
線粒體為細胞的各種生命活動提供能量，被稱為細胞的“能量工廠”🅿️。線粒體氧化磷酸化通路偶聯三羧酸循環、脂肪酸氧化，不僅為細胞存活、增殖等提供能量，還在細胞合成代謝、信號轉導等方面起重要作用。線粒體氧化磷酸化通路是細胞的能量來源，在腫瘤細胞中發生重編程以促進腫瘤細胞增殖🎩，氧化磷酸化通路已成為多種疾病的治療靶點。靶向線粒體氧化磷酸化的各種抑製劑也已被廣泛開發🌝。比如經典的抑製劑Rotenone、Oligomycin A等，近幾年發現的IACS010759,Gboxin等已經在進行臨床轉化。腫瘤細胞對線粒體氧化磷酸化抑製劑的敏感性有很大差異。然而決定腫瘤細胞對線粒體氧化磷酸化抑製劑敏感性的分子機製還不清楚🧓，限製了靶向線粒體氧化磷酸化在腫瘤治療中的應用📬。腫瘤細胞的能量來源有的更多依賴於線粒體氧化磷酸化通路，有的則更依賴於糖酵解通路🍟，只有對於能量來源更依賴於線粒體氧化磷酸化通路的腫瘤使用線粒體氧化磷酸化通路的抑製劑才更有療效💇🏽，因此研究調控氧化磷酸化通路抑製劑敏感性的基因🙎🏻♂️，解析他們內部的機製，對於靶向線粒體氧化磷酸化通路治療腫瘤具有重要意義。
11月16日，《高級科學》（Advanced Science）Advanced Science上報道了恒达平台癌症中心施裕豐團隊、生科院江賜忠團隊聯合上海交大仁濟醫院房靜遠團隊、上海長海醫院陳菊祥團隊合作😿，首次發現NNMT-DNMT1信號軸影響腫瘤細胞對線粒體氧化磷酸化抑製劑的敏感性👨🏻🔬。該研究揭示了腫瘤細胞對線粒體氧化磷酸化抑製劑敏感性和耐藥的分類標簽⏯，為靶向線粒體氧化磷酸化治療腫瘤提供了新策略👨🍼。
線粒體的代謝物與表觀遺傳密切相關🌹，多個代謝物作為表觀遺傳的輔因子或者表觀遺傳酶的底物。線粒體代謝與表觀遺傳共同作用影響腫瘤轉移、耐藥以及腫瘤細胞命運。煙酰胺N甲基轉移酶(NNMT)是一種細胞內甲基轉移酶，利用S-腺苷甲硫氨酸(SAM) 作為甲基供體，催化煙酰胺（NAM）生成N-甲基煙酰胺（1-MNAM）🧑🦼➡️💆♂️，1-MNAM被醛氧化酶進一步氧化並隨尿液排出人體🛃。NNMT最初的功能是參與煙酰胺代謝以及體內外源小分子解毒，但現在越來越多的證據表明NNMT參與SAM和SAM/SAH的調控🙋🏼。NNMT的高表達可以改變細胞內SAM的水平🏤，NNMT是細胞內SAM水平的負調節器📜。
SAM是DNA和組蛋白甲基化的甲基供體，NNMT通過影響SAM和SAH的水平影響DNA和組蛋白的甲基化。DNA甲基化在基因轉錄調節和細胞身份確定中起著核心作用🚼，它受到進化上保守的蛋白質家族DNA甲基轉移酶（DNMTs）的嚴格調控🪣。在哺乳動物的基因組中，多種DNMT已被鑒定，其中🙋🏼，DNMT3A/3B主要負責建立DNA的甲基化，而DNMT1主要是在DNA復製中維持DNA的甲基化👇。DNMT基因表達的增加與基因組DNA甲基化的動態轉換有關，這在細胞命運決定中起重要作用🎱。
為了尋找對線粒體抑製劑耐藥和敏感的兩類腫瘤細胞的基因表達特征🕵🏻♂️，研究者使用線粒體抑製劑Gboxin對57株腫瘤細胞進行了ATP活力檢測，將57株細胞系按照對Gboxin的敏感性排列😇，分別取耐藥株５株和敏感株５株進行轉錄組測序，發現耐藥株中NNMT基因高表達，而敏感株中DNMT1基因高表達🤲。由於NNMT是煙酰胺甲基轉移酶💺🤽🏻♀️，NNMT的表達可能影響基因組的甲基化🧏🏽♀️。同時甲基化在已有研究中經常作為腫瘤標記物存在，研究者也對５株耐藥株和５株敏感株進行了全基因組甲基化測序, 發現耐藥株中NNMT的啟動子區甲基化程度低而敏感株的NNMT啟動子區甲基化程度較高🩱，這與RNA測序中基因表達結果相一致（DNA高甲基化抑製基因表達）。而對敏感的細胞株進行過表達NNMT同時敲低DNMT1（NNMThighDNMT1low）可以大幅度增強其耐藥性，從而使細胞從敏感株變為耐藥株🏃🏻。因此🫳🏼，NNMT和DNMT1共同維持腫瘤細胞對線粒體氧化磷酸化抑製劑的敏感性，即代謝酶NNMT 和表觀修飾共同調節線粒體功能來調節細胞代謝。
研究者接著在動物體內進行了功能驗證，使用線粒體氧化磷酸化抑製劑敏感的細胞株（NCI-H82和MDA-MB-453）和耐藥的細胞株（CFPAC-1 和NCI-H82 NNMThighDNMT1low的細胞）進行裸鼠皮下成瘤，檢測腫瘤切片發現NNMT在耐藥的腫瘤中高表達，敏感的腫瘤中低表達🤸♂️，DNMT1在耐藥株的腫瘤中低表達☠️，敏感的腫瘤中高表達🧔4️⃣。進一步使用腹腔註射氧化磷酸化抑製劑S-Gboxin或Berberine, 發現他們可以顯著抑製敏感株腫瘤體積而對耐藥株成瘤的腫瘤幾乎沒有抑製效果🧑🏻✈️。與體外表型一致🙍，抑製劑對NNMThighDNMT1low的細胞形成的腫瘤抑製效果甚微。因此，NNMT/DNMT1信號軸維持了腫瘤細胞對氧化磷酸化抑製劑的敏感性🕰。
模式圖：腫瘤細胞線粒體抑製劑敏感株和耐藥株具有不同的基因表達特征
小檗堿（Berberine）可以抑製線粒體氧化磷酸化通路。通過對服用小檗堿的結直腸腺瘤病人進行回顧性研究🖱，作者發現腫瘤不復發的病人的腫瘤樣本中DNMT1高表達且NNMT低表達，表明服用小檗堿的藥物起到了作用👨🏿🚒，腫瘤對線粒體氧化磷酸化的抑製劑比較敏感，使用氧化磷酸化的抑製劑治療達到了很好的療效。而在腫瘤復發病人的腫瘤樣本中發現NNMT高表達且DNMT1低表達✊🏻，腫瘤細胞對氧化磷酸化抑製劑具有抗藥性，使用氧化磷酸化抑製劑治療無效，腫瘤復發。
該研究的通訊作者為恒达平台癌症中心🪮🆔、腦和脊髓研究中心、醫學院的施裕豐教授，共同通訊作者為恒达平台生命科學與技術學院江賜忠教授、上海交通大學附屬仁濟醫院房靜遠教授、海軍軍醫大學第一附屬醫院陳菊祥教授。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202202642
