这种常见的维生素，竟与促进癌症生长有关，Nature 子刊：减少摄入即可阻止小鼠肿瘤生长

　　来源：丁香学术

　　导读

　　所有肿瘤，包括乳腺癌，都表现克隆异质性，这些异质性克隆反过来又必须适应不断变化的肿瘤微环境，这就需要肿瘤细胞不断地重组它们的代谢途径，因此许多肿瘤显示出高度的代谢灵活性。

　　MYC 是一种原癌基因和多效转录因子，在一系列癌症的恶性进展中，具有高表达水平的克隆以亚克隆的形式出现，通常与较高的分级和较差的生存率相关。尽管 MYC 被认为是代谢的主要调节因子，但在多克隆性的病理生理学背景下，这些恶性亚克隆的真正代谢特征仍不清楚。

　　近日，来自弗朗西斯克里克研究所等单位的研究团队在Nature Metabolism发表了题为Vitamin B5 supports MYC oncogenic metabolism and tumor progression in breast cancer的文章。该研究发现，癌症驱动基因 MYC 高表达的乳腺癌细胞严重依赖维生素 B5 来生长和存活。通过饮食限制维生素 B5 会引起许多 MYC 介导的代谢改变的逆转，并导致肿瘤生长受阻。

　　因此，这项研究确定了维生素和辅助因子作为肿瘤进展的潜在干预靶点，将来或可用于肿瘤治疗。

　　图片来源：Nature Metabolism

　　主要研究内容

　　乳腺多克隆性肿瘤的原位分割

　　首先，他们采用了乳腺癌中 MYC 异质性的诱导性和可追踪模型，该模型由 WNT1 驱动，但也可选择包含 MYC-ERT2结构，该结构表达超生理水平的 MYC-ER 融合蛋白，该肿瘤模型被称为 WM，涉及两个致癌基因。无 MYC-ERT2（WMlow）的克隆表达 tdTomato 作为示踪剂，而有 MYC-ERT2（WMhigh）的克隆表达增效绿色荧光蛋白（eGFP），此外还有两个克隆的混合型 WMmix。

　　他们发现，三种 WM 肿瘤类型的代谢组学特征证实了之前在肿瘤中急性切换 MYC 时的观察，包括几种氨基酸水平的增加，以及磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰甘油（PG）。WMhigh肿瘤的代谢分析显示，与细胞生长相关的通路显著增加，包括丝氨酸和甘氨酸代谢等。

　　随后，他们计划在原位定义与 WM 个体克隆最密切相关的代谢物和代谢途径。为此，他们设计了一种多模态相关成像策略，将解吸电流聚焦电离（DEFFI）质谱成像（MSI）与荧光显微镜相结合。将液相色谱-质谱（LC-MS）和 DEFFI-MSI 共同检测的代谢物进行比较，他们发现在 WMhigh和 WMlow肿瘤中，一些代谢物的分布具有良好的一致性。

　　为了以一种无偏颇的方式分割肿瘤，他们采用了一种最近发表的离子共定位分析方法，该方法根据整个获得的图像中离子的相似空间行为将其组合成模块。他们共确定了 6 个离子模块，其中一个与 WMhigh相关，一个与 WMlow相关，这两个模块一旦投射到 WMmix肿瘤组织上，就会突出克隆特异性的自动分割。通过分析他们的数据，也强调了这种图像和分割方法的鲁棒性。

　　图片来源：Nature Metabolism

　　维生素 B5 与 MYC 高的肿瘤区域相关

　　为了确定 MYC 介导的代谢重组的核心代谢物，他们将整体代谢分析和 MSI 数据相结合，提取了通过整体代谢途径分析识别出的所有具有统计学意义且改变的代谢产物，并探讨了它们与 WMhigh和 WMlow肿瘤的相关性。

　　经过分析，他们发现其中相关性最强的是维生素 B5 （泛酸，简称 PA）。PA 是辅酶 A（CoA）的前体，辅酶 A 是一种硫醇，通过形成硫酯作为羧基的活化剂。因此，它是许多关键代谢途径所必需的，包括三羧酸循环和脂肪酸的生物合成和氧化。值得注意的是，在 WMmix肿瘤中，维生素 B5 与 WMmix高克隆体有很高的重叠。

　　为了研究这一发现的临床相关性，他们首先使用了一组人类患者来源的异种移植（PDXs）皮下移植到免疫受损小鼠。MYC 水平最高或 MYC 转录谱较强的 PDXs 显示维生素 B5 水平的升高。为了进一步了解 MYC 表达与维生素 B5 原位表达之间的关系，他们采用上述相关的 MSI 方法，将 DEFFI 成像与免疫组化（IHC）相结合。相关结果也证实了高 MYC 区域表现出维生素 B5 水平的升高。值得注意的是，DEFFI 显示维生素 B5 高信号强度也与人乳腺癌原发活检中 MYC 高表达区域有很强的相关性，这支持了 MYC 和维生素 B5 代谢之间关联的临床意义和总体有效性。

　　为了确定维生素 B5 在肿瘤 WMhigh区域的积累确实是由 WMhigh细胞驱动的，他们设计了一种新的、超高分辨率的相关 MSI 技术，该技术结合了荧光显微镜、电子显微镜和纳米级二级离子质谱（NanoSIMS），允许代谢物掺入的亚细胞定位。分析结果表明，在 WMhigh区域观察到的维生素 B5 水平的增加是由于细胞自主地增加了维生素 B5 的摄取，然后用于合成下游代谢产物。

　　图片来源：Nature Metabolism

　　MYC 高的肿瘤区域三羧酸循环的中间产物增加

　　维生素 B5 作为辅酶 A 的前体，在糖酵解过程中允许碳进入三羧酸循环，以及在 α-酮戊二酸转化为琥珀酸的过程中发挥核心作用。接下来，他们向 WM 肿瘤注入葡萄糖或谷氨酰胺，并通过相关的 DEFFI-MSI 和荧光显微镜原位追踪其同位素标记的下游代谢产物。正如预期的那样，与 WMlow相比，WMhigh肿瘤中的谷氨酰胺分解代谢增加。

　　此外，通过对主要代谢化合物的离子图像进行最大强度的归一化后，他们观察到三羧酸循环活性增加与 WMhigh克隆存在明显关联。因此，WMhigh克隆具有更高水平的维生素 B5 ，这反过来与更活跃的三羧酸循环相关。因此，MYC 活性的提高促进了维生素 B5 的摄取和代谢，从而促进了更活跃的三羧酸循环和代谢产物摄取。

　　图片来源：Nature Metabolism

　　缺乏维生素 B5 会降低肿瘤的生长

　　鉴于这些观察结果，他们进一步探索了是否可以在治疗上利用肿瘤细胞对这一途径的依赖。为了降低全身维生素 B5 水平，他们对小鼠进行了无维生素 B5 喂食或对照饮食。结果发现，在控制饮食条件下，WMhigh克隆体有强烈的增殖增加趋势，但在缺乏维生素 B5 的情况下，这种生长优势就丧失了。此外，维生素 B5 缺乏也与细胞死亡的增加相一致。因此，肿瘤的高效生长需要充足的维生素 B5 供应。

　　为了了解维生素 B5 剥夺对肿瘤代谢的影响，他们通过 LC-MS 分析无维生素 B5 饮食或对照组饮食小鼠的肿瘤组织。正如预期的那样，无维生素 B5 饮食小鼠的 CoA 数量显著减少。此外，大多数糖酵解中间体、三羧酸循环中间体、必需和非必需氨基酸和核苷酸都减少了。

　　图片来源：Nature Metabolism

　　在机制层面，他们发现复合维生素转运体 SLC5A6 蛋白表达和 MYC 之间有很强的相关性。在一个 MYC 诱导的细胞系系统中，他们也证实了 SLC5A6 的表达是由 MYC 自主调控的。最后，对公开的 ChIP-seq 数据的分析显示，MYC 与 Slc5a6 启动子区域的 e-box 结合，证实了 MYC 对 Slc5a6 的直接转录调控。总之，这些数据证明MYC 可以直接转录激活 SLC5A6。

　　图片来源：Nature Metabolism

　　结语

　　综上所述，该研究表明，MYC 通过直接上调转运蛋白 SLC5A6 来增加肿瘤内维生素 B5 水平，这是支撑 MYC 增殖和生物合成程序所必需的。通过饮食限制泛酸会引起许多 MYC 介导的代谢改变的逆转，并导致肿瘤生长受阻。

　　尽管该研究将维生素 B5 与肿瘤生长联系起来，但不能仅仅限制癌症患者的维生素 B5 摄入量，因为维生素对于免疫系统抵抗肿瘤也十分重要。研究人员现在正在制定策略，在不影响免疫系统的情况下选择性地削弱肿瘤，以增加获得良好临床结果的可能性。

　　本研究第一作者Peter Kreuzaler说：「以前的肿瘤代谢研究并不能提供太多关于肿瘤区域如何不同地使用维生素等分子的见解。通过在这项研究中使用一种专门的高分辨率成像技术，我们可以看到不同肿瘤的新陈代谢是如何不同的，并且只要拿走一种维生素就可以阻止一系列癌症驱动事件的发生。在未来，我们将进一步观察在强大的免疫系统中去除维生素 B5 的影响。」

　　本研究通讯作者Mariia Yuneva教授说到：「许多人患有癌症，但治疗效果不佳，或者现有的治疗方法毒性太大。肿瘤的代谢依赖性已被探索作为癌症小鼠模型的潜在治疗靶点，并显示出希望。然而，人类的肿瘤要复杂得多，了解不同基因谱的作用，以及肿瘤与人体自身细胞之间的相互作用，对于设计针对人类肿瘤代谢的有效疗法非常重要。正常的身体功能需要维生素 B5，所以试图限制维生素 B5 进入肿瘤可能会产生毒副作用。但测试改变维生素水平如何对治疗产生影响，或者我们如何利用维生素 B5 代谢来表征一个人患的是什么类型的肿瘤，以及它是否会对不同的治疗产生反应，这将是很有趣的。」

　　题图来源：站酷海洛

　　参考文献：

　　1. Peter Kreuzaler, et al. Vitamin B5 supports MYC oncogenic metabolism and tumor progression in breast cancer. Nature Metabolism, 2023.

　　2. McGuirk, S., Audet-Delage, Y. & St-Pierre, J. Metabolic fitness and plasticity in cancer progression. Trends Cancer Res. 6, 49–61 (2020).

　　3. Dibble, C. C. et al. NPI3K drives the de novo synthesis of coenzyme A from vitamin B5. Nature 608, 192–198 (2022).

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