Nature子刊|复旦大学肿瘤医院雷群英团队发现支链氨基酸分解代谢在胰腺导管癌发生发展中的新机制

胰腺癌(Pancreatic Cancer)是一种恶性程度很高，诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤，约90%为起源于腺管上皮的导管腺癌(Pancreatic ductal adenocarcinoma)。其发病率和死亡率近年来明显上升。5年生存率<1%，是预后最差的恶性肿瘤之一。

胰腺PADC存在三种癌前病变类型，分别是起源于小叶内管的胰腺上皮内瘤变（PanIN），出现在主胰管或其主要分支的导管内乳头状粘液瘤，以及产生黏蛋白的粘液性囊性瘤。PanIN是目前研究最为透彻的癌前病变，也是胰腺癌的典型癌前病变。PDX1胰12指肠同源盒基因1和胰腺特意转录因子Ptf1a/p48作为胰腺发育过程中的关键转录因子，被广泛应用于研究胰腺癌转基因小鼠模型。

KRAS和TP53突变在大多数人类胰腺肿瘤中发现，在肺腺癌中也很常见。它们对支链氨基酸(BCAAs)的利用方式不同。NSCLC肿瘤将游离的BCAAs并入组织蛋白，以BCAAs作为氮源，而PDAC肿瘤则降低了BCAA的吸收。与正常细胞相比，胰腺癌细胞重组了中间代谢，以支持不同的能量和生物合成需求。关于这种重编程的许多描述是由致癌基因KRAS的突变驱动的，而KRAS在PDAC中几乎普遍发生突变。这些差异反映在BCAA分解代谢酶在小鼠和人类的表达水平上。Bcat1和Bcat2这两种负责BCAA利用的酶的缺失会损害NSCLC的肿瘤形成，但这些酶不是PDAC肿瘤形成所必需的，这表明组织来源是肿瘤满足其代谢需求的重要决定因素。

基于上述研究背景，作者们发现KC小鼠胰腺组织中包括BCAA在内的6种必需氨基酸显著增加，而大部分非必需氨基酸无变化。细胞水平上也得到一样的现象，PDAC细胞消耗的BCAA是未死亡的正常人胰管细胞的1.5至2.5倍。并且发现在KC小鼠的PanIN导管细胞中，BCAT2高表达。然后通过敲除等实验技术证实BCAT2在PDAC的发生发展中其着至关重要的作用。

进一步探讨BCAT2在PDAC的发生发展中的机制。作者通过同位素标记，过表达或敲除BCAT2发现，BCAT2的上调维持了BCAA的利用，通过增强线粒体功能促进PDAC细胞恶性肿瘤的发生，并在PanIN导管细胞中作为氮源。

此外，在KC小鼠Bcat2敲除过程中，腺泡细胞(而非PanIN导管细胞)的组蛋白乙酰化显著降低，这支持了腺泡细胞中bcaa衍生的乙酰辅酶a在腺泡细胞上皮化生中的重要作用。

KRAS突变发生在90%以上的人类PDAC中，作者发现KRAS突变与BCAT2蛋白水平之间存在很强的正相关关系。KRASG12V的过表达显著上调了BCAT2的表达，而KRAS的下调则降低了BCAT2的表达。相反，KRAS过表达或敲低只导致BCAT2 mRNA水平的轻微改变。此外，环己酰亚胺(CHX)-chase实验表明，KRAS过表达导致BCAT2泛素化水平降低，半衰期延长。

作者使用串联亲和纯化和质谱(TAP-MS)方法鉴定BCAT2的E3连接酶。TAP-MS分析显示，TRIM21是得分最高的BCAT2相互作用蛋白之一。此外，作者还找到了BCAT2的一个磷酸化位点，并且发现BCAT2的磷酸化是由SYK激酶所驱动的。

最后，作者在动物水平上给小鼠低BCAA饮食，发现低BCAA饮食显著阻碍了KPC小鼠胰腺重量和PDAC的发展。此外，低BCAA饮食显著降低KPC小鼠的细胞增殖。

总之，作者的研究结果与先前的研究之间的差异可能提示恶性前和恶性胰管细胞在BCAA利用中的可塑性。由于BCAT2介导的BCAA分解代谢在胰腺癌的发生发展中起着至关重要的作用，BCAT2的靶向治疗或降低饮食BCAA对于抑制KRAS突变的胰腺癌的发生具有很大的潜力。