Adv Sci丨滕勇|李亚民团队揭示靶向敲除FAT1突变基因联合线粒体三羧酸循环抑制剂治疗头颈鳞癌的新策略

目前， 头颈鳞状细胞癌 （ HNSCC ） 在临床治疗中面临高度耐药、易复发及预后不良等重大挑战，尤其在人乳头瘤病毒（ HPV ）阴性亚型中，尚缺乏有效的靶向治疗手段【1-3】。 FAT1 （非典型钙黏蛋白 1 ）在多种癌症中，尤其是在 HNSCC 中，突变频率较高，可导致多个关键信号通路（如 Hippo-YAP/TAZ 和 Wnt /β-catenin ）的紊乱，进而驱动肿瘤进展并影响患者生存率【4-6】。尽管 FAT1 作为潜在治疗靶点已受到广泛关注，但其在肿瘤代谢调控和耐药性机制中的作用仍知之甚少。

近日， 国际期刊Advanced Science发表了题为Inhibiting FAT1 Blocks Metabolic Bypass to Enhance Antitumor Efficacy of TCA Cycle Inhibition through Suppressing CPT1A-Dependent Fatty Acid Oxidation的研究论文。该研究发现，敲除HNSCC细胞中的突变型FAT1可通过下调转录因子ASCL2，抑制CPT1A驱动的脂肪酸氧化（ FAO ），从而显著抑制肿瘤生长。值得关注的是，携带 FAT1 突变的 HNSCC 细胞可通过激活 CPT1A 介导的 FAO 路径，对三羧酸（ TCA ）循环抑制剂 CPI-613 表现出明显的耐药性 ， 而敲除突变型 FAT1 则可显著 增强肿瘤 细胞对 CPI-613 的药物敏感性。 在治疗策略方面，研究团队首次采用 CRISPR-Cas9 结合脂质纳米颗粒（ LNP ）的靶向递送体系，构建了可同时传递 Cas9 mRNA 与 FAT1 特异性 sgRNA 的 LNP-sgFAT1 ，实现了对 HNSCC 中突变型 FAT1 的精准体内敲除。进一步在 FAT1 突变小鼠原位肿瘤模型中， LNP-sgFAT1 联合 CPI-613 治疗显著增强抗肿瘤效果，优于任一单药治疗。 综上所述，该研究阐明了突变型 FAT1 通过激活 CPT1A 依赖的 FAO 途径，构建肿瘤细胞对三羧酸（ TCA ）循环抑制剂耐药的“代谢绕道”机制，为联合靶向基因突变与代谢脆弱性的精准治疗策略提供了重要的理论基础和应用前景 。

该研究首先对 TCGA 数据库中 523 例 HNSCC 患者的 87,968 个突变位点进行了系统性分析，结果显示突变频率排名前十的基因覆盖了 461 例患者，占比高达 90.39% 。其中， FAT1 基因突变频率高达 21% ，位列第三，且在 HPV 阴性患者中的突变率显著高于 HPV 阳性患者（ 20.08% vs. 0.76% ）。进一步分析表明， FAT1 突变与患者年龄、肿瘤分期及不良预后密切相关 ，尽管突变分布广泛且无明显 突变 热点【5-7】。 为深 入探究突变型 FAT1 的功能，该研究选用携带多位点 FAT1 突变的 SCC1 和 Tu686 细胞系作为 研究 模型。 RNA 测序分析显示， SCC1 细胞中敲除 FAT1 后，脂肪酸代谢（ FAM ）相关通路显著下调，其中关键限速酶基因 CPT1A 的表达下降最为显著。值得注意的是，在 FAT1 野生型的 HN12 和 JHU029 细胞中敲除 FAT1 并未影响 CPT1A 表达，提示 FAT1 对 FAO 活性的调控依赖其突变状态。进一步利用 Human Phospho-RTK Array 和 ChIP -qPCR 分析发现，突变型 FAT1 通过激活 AKT 信号通路，上调转录因子 ASCL2 的表达，并促使 ASCL2 与 CPT1A 启动子区域结合，从而调控 FAO 活性，影响脂滴（ lipid droplets ）积累及活性氧（ ROS ）水平。已有研究表明， CPT1A 高表达通常伴随 FAO 增强，有助于肿瘤细胞在营养匮乏或代谢压力条件下维持生存、促进增殖及适应代谢环境【8】。综上， 该 研究首次揭示了依赖于 FAT1 突变状态的 FAT1 – AKT – ASCL2 – CPT1A 关键调控轴，通过增强 FAO 活性介导肿瘤细胞的代谢重编程，为理解 HPV 阴性 HNSCC 的代谢适应机制及开发靶向治疗提供了新的理论依据。

目前尚无可用于靶向 FAT1 表达的商品化小分子抑制剂或药物。 为实现 FAT1 在原位肿瘤中的高效敲除，研究团队创新性地构建了基于 CRISPR/Cas9 的脂质纳米颗粒系统（ LNP-sgFAT1 ），用于体内靶向 敲除 FAT1 基因。具体设计中，通过两条针对 FAT1 的 sgRNA 与 CRISPR mRNA ，以 6 种不同的物理复合方式构建多组 mRNA-sgRNA/LNP 纳米颗粒组合。通过 Sanger 测序、 Indel 分析及蛋白免疫印迹筛选出敲除效率最高的 LNP-sgFAT1 构型。该纳米系统具有均匀粒径分布、良好球形形貌、高度单分散性及优异的 RNA 包封效率，展现出稳定可靠的理化特性。 该研究团队成员 进一步在原位舌癌小鼠模型中评价其治疗效果 。 结果显示 ， LNP-sgFAT1 显著抑制肿瘤生长速度和体积，疗效显著 ， 为靶向 FAT1 的精准基因编辑治疗提供了新策略。

团队前期研究表明， CPI-613 作为一种 TCA 循环抑制剂，在 HNSCC 中表现出明显的剂量依赖性抗肿瘤活性【9】，且在多项临床试验中耐受性良好。目前， CPI-613 正与多种化疗药物联合应用于多种实体瘤及血液肿瘤的临床研究中，包括转移性胰腺癌（ NCT03504423 ）、胆道癌（ NCT04203160 ）、透明细胞肉瘤（ NCT04593758 ）及复发 / 难治性急性髓系白血病（ NCT03504410 ）。然而，其在 HNSCC 患者中的具体应用及与其他疗法的协同潜力尚未充分探索。 该 研究整合分析了 TCGA 中 HPV 阴性 HNSCC 患者 FAT1 突变表达与 GDSC 数据库药物 IC50 数据 。 生物信息学相关性分析显示， CPI-613 的药物敏感性与 突变型 FAT1 的 表达显著负相关（ Spearman 相关系数 ≤ –0.4 ， p < 0.05 ）。 细胞活力测定及小鼠原位肿瘤模型实验证实， FAT1 突变型 HNSCC 细胞对 CPI-613 治疗的敏感性显著低于 FAT1 野生型细胞。 值得注意的是， 该 研究首次发现， CPI-613 单药治疗能够诱导 FAO 增强，伴随 CPT1A 蛋白表达上调，提示肿瘤细胞可能通过 “ 代谢绕道 ” 机制产生耐药。联合 LNP-sgFAT1 治疗则显著抑制了该诱导过程，阻断了 CPT1A 的表达及其介导的代谢适应性反应。为进一步验证敲除突变型 FAT1 是否能增强 CPI-613 抗肿瘤活性， 该团队成员 采用小鼠原位舌癌模型，进行 CPI-613 与 LNP-sgFAT1 的单独及联合治疗。 结果表明，联合治疗组在抑制肿瘤生长方面显著优于任一单药治疗组，且显著延长了小鼠的生存时间。

本研究由 Emory University 滕勇教授和 State University of New York 李亚 民 教授团队联合完成。陈芳慧博士为 该论文 第一作者，滕勇教授和李亚 民 教授共同担任通讯作者。团队成员 , 特别是 杨建强 , David O. Popoola 和杨帆对该研究做出 了 重要贡献 。此外， Emory University 的 Nabil F. Saba 教授和 陈卓教授 对该研究的设计和开展提供了宝贵的建议与帮助。

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202502146?af=R

制版人：十一

参考文献

1. Saba NF, Steuer CE, Ekpenyong A, McCook-Veal A, Magliocca K, Patel M , et al. Pembrolizumab and cabozantinib in recurrent metastatic head and neck squamous cell carcinoma: a phase 2 trial.Nat Med2023 ;29:880-7

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6. Chen ZG, Saba NF, Teng Y. The diverse functions of FAT1 in cancer progression: good, bad, or ugly?J Exp Clin Cancer Res2022 ;41:248

7. Barros-Filho MC, Reis-Rosa LA, Hatakeyama M, Marchi FA, Chulam T, Scapulatempo-Neto C , et al. Oncogenic drivers in 11q13 associated with prognosis and response to therapy in advanced oropharyngeal carcinomas.Oral Oncol2018 ;83:81-90

8. Qu Q, Zeng F, Liu X, Wang QJ, Deng F. Fatty acid oxidation and carnitine palmitoyltransferase I: emerging therapeutic targets in cancer.Cell Death Dis2016 ;7:e2226

9. Lang L, Chen F, Li Y, Shay C, Yang F, Dan H , et al. Adaptive c-Met-PLXDC2 Signaling Axis Mediates Cancer Stem Cell Plasticity to Confer Radioresistance-associated Aggressiveness in Head and Neck Cancer.Cancer Res Commun2023 ;3:659-71

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