客户文章丨ADV SCI肝癌细胞耐药机制中的关键代谢调控

肝细胞癌（HCC）是一种高度侵袭性、高死亡率的原发性肝癌，是肝癌的主要亚型，约占全部肝癌发病的80%，致死率在全球所有癌症中高居第三。酪氨酸激酶受体抑制剂仑伐替尼（lenvatinib）代表了晚期HCC的一种一线治疗策略。然而，其有限的响应率（24.1%）和出现的耐药性发展需要对分子机制进行探索，以创新抗药策略。细胞代谢重编程赋予恶性细胞适应微环境内在或外在压力的能力，包括获得性耐药。有氧糖酵解被认为与靶向治疗药物的耐药性有关，糖酵解/糖异生的关键分支点是丝氨酸合成途径，广泛参与了各种生物学过程。丝氨酸不仅参与了核苷酸合成及组蛋白、DNA、RNA的甲基化反应，还涉及一碳代谢，产生主要的内源性抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）和NADPH，以维持氧化还原平衡。RNA m6A修饰代表了细胞耐药过程中另一种重要的表观遗传调控机制。先前的研究表明，m6A阅读器IGF2BP3通过调节NRF2表达，促进了肝癌细胞对索拉非尼的耐药性。然而，靶向药物仑伐替尼在HCC中的治疗效果是否受到糖酵解/糖异生产生的丝氨酸代谢和RNA m6A修饰的影响，目前尚不清楚。

2024年10月25日，华中科技大学与中山大学研究人员合作在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“Lactylation-Driven IGF2BP3-Mediated Serine Metabolism Reprogramming and RNA m6A—Modification Promotes Lenvatinib Resistance in HCC”，本研究中，研究人员发现在各种仑伐替尼耐药模型中，增强的糖酵解导致乳酸积累和IGF2BP3的赖氨酸酰化，重新编程的丝氨酸代谢促进HCC中仑伐替尼的耐药性。原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202401399，我公司参与了该研究中氨基酸和TCA的代谢流检测工作，这是我公司自推出代谢流检测服务后的最新项目文章。

 实验设计 

研究团队推测IGF2BP3lac（IGF2BP3乳酰化）与耐药性相关，耐药机制可能与丝氨酸代谢相关。据此，设计了相关实验如下。

临床实验：对37例术后肝癌样本（n=37）的IGF2BP3lac水平进行分析，使用修改后的实体肿瘤疗效评价标准（mRECIST），发现低IGF2BP3lac水平的患者对仑伐替尼的响应优于高IGF2BP3lac水平的患者，这在CT或MRI扫描中得到证实（图1A）。评估发现IGF2BP3lac有作为仑伐替尼响应的生物标志物的潜力（图1C）。在低IGF2BP3lac组（13例患者）中，有9例（69.2%）患者达到客观缓解，显著高于高IGF2BP3lac组（24例患者）的6例（25.0%）（图1D）。

动物实验：异位肝癌模型中，使用了糖酵解抑制剂2-DG。结果表明，2-DG治疗显著提高了仑伐替尼的敏感性，并降低了体内IGF2BP3lac的水平（图1H~图1I）。进一步评估在异位移植模型中通过尾静脉靶向递送siIGF2BP3负载的脂质体（LNPs，脂质纳米颗粒）的效果，发现脂质体主要在肝脏积累，显著抑制了IGF2BP3的表达，在给药后第3天达到最低水平，并在第6天恢复到正常水平。连续两周每隔三天给予siIGF2BP3-装载的脂质体联合使用仑伐替尼，能显著降低了肝脏肿瘤负荷。

图1 临床实验和动物实验结果

临床实验和动物实验结果证实，高IGF2BP3lac水平与仑伐替尼治疗反应不佳相关，靶向IGF2BP3可以有效地恢复仑伐替尼在HCC中的敏感性。

细胞实验：耐药细胞中丝氨酸合成增加会增强SAM的产生，SAM是全局甲基化的关键甲基供体。

图2 细胞的代谢流分析

 结论 

IGF2BP3lac高水平表达对于促进m6A修饰至关重要，它通过驱动丝氨酸合成和SAM生成，在仑伐替尼耐药中发挥关键作用。乳酰化IGF2BP3增强了其作为m6A读取器的作用，稳定并促进了PCK2和NRF2 mRNAs的翻译，这一过程协同促进了HCC中的仑伐替尼耐药（图3）。本发现为IGF2BP3lac-PCK2介导的丝氨酸代谢与m6A甲基化之间的相互作用提供了新的视角。本研究可能为克服HCC中的仑伐替尼耐药提供一种潜在的治疗策略。

图3 关于HCC耐药性的机制