CD：代谢酶搞副业，癌王狂喜！
*仅供医学专业人士阅读参考
“癌王”胰腺癌（PDAC）因其极高的致死率令人闻风丧胆。虽然目前开展的几项针对PDAC的免疫调控研究临床获益不错，但考虑到PDAC的肿瘤微环境非常复杂，要想继续提高免疫治疗疗效，还需要许多研究挖掘来提供线索。
代谢异常是肿瘤的重要特征之一。在肿瘤细胞中有许多代谢酶都是异常表达的状态，它们一方面兢兢业业地做好本职工作来满足肿瘤自身快速增殖的需求，而另一方面有些代谢酶还兼职了“非经典”的非代谢功能，参与基因表达的调控，并对细胞增殖、存活、凋亡等生物活动，以及对肿瘤微环境重塑产生影响[1]。
近日，俄勒冈健康与科学大学的Mara H. Sherman团队在Cancer Discovery期刊上发表了重要研究论文[2]。研究人员发现，在PDAC细胞内看似“不起眼的小角色”——线粒体转氨酶GOT2，却有着重要的非经典非代谢功能：它能调节核内脂肪酸代谢，增强核转录受体PPARγ的活性，促进上调COX2和其他免疫功能相关基因的表达，营造出有利于PDAC生长的免疫环境。
论文首页截图
正如其名，大家所熟识的GOT2，是一种位于线粒体上的代谢酶，可将草酰乙酸转化为天冬氨酸以及通过NADPH维护细胞内氧化还原平衡[3]。但也有些证据提示，GOT2会影响细胞间脂质代谢交流[4]。
考虑到脂质代谢对实体瘤进展的关键作用，并且在PDAC中检测到GOT2表达异常上调[5,6]，于是研究者们想弄明白GOT2在PDAC进展中发挥怎样的作用，以及它作为一个线粒体代谢酶又是如何影响到脂质代谢。
首先，研究人员分别构建了GOT2敲除和敲减的PDAC细胞系。
在体外研究中发现，GOT2敲低或者敲除都对PDAC肿瘤细胞的增殖影响不明显。但将PDAC细胞打入免疫健全小鼠体内成瘤后，结果却发现，与对照组相比，GOT2敲除组和敲低组内的肿瘤生长进展都明显减缓。而用增殖标记物KI-67染色结果同样显示，肿瘤细胞的增殖能力并没有变化，提示GOT2可能是通过改造肿瘤生长环境影响了PDAC的进展。
GOT2敲除对PDAC细胞增殖没有影响
接下来，研究人员对与GOT2表达相关信号通路进行富集分析，结果发现免疫细胞分化、活化和黏连相关的通路与GOT2表达呈负相关关系。
另外，研究人员在GOT2敲除组中检测到，瘤内浸润有更多的CD4+和CD8+T细胞，其中包含了发挥抗癌作用的KI67+和GranzymeB+的T细胞，而AGR+免疫抑制型巨噬细胞浸润比例也明显减少。
等一下，会不会只是由于对照组和GOT2敲除组的肿瘤大小具有差异，才造成了浸润免疫细胞的这些差别？
于是，研究人员在肿瘤发展早期，趁着小鼠们的肿瘤体积差异较小时，设立多个时间点检测肿瘤内T细胞浸润率。分析发现，GOT2敲除组的瘤内的T细胞浸润率依旧明显高于对照组。而且，当研究人员消除这些浸润T细胞后，GOT2敲除组的肿瘤生长抑制作用便会消失。
以上结果说明，GOT2可能通过重塑瘤内免疫环境影响肿瘤生长。
GOT2敲除增加T细胞浸润
而位于PDAC肿瘤细胞线粒体上的GOT2，是如何影响到周围的T细胞的呢？
研究人员在仔细分析人和小鼠的PDAC组织后发现，有些GOT2会定位在肿瘤细胞的细胞核里。联想到前人发现GOT2会调控脂肪酸代谢，研究人员猜想GOT2是否会与脂质相关的核转录受体PPAR家族有关联。
分析结果显示，在PDAC肿瘤细胞中，GOT2表达的确与PPARδ的下游靶基因之间存在显著正相关。并检测到，GOT2敲除后，PDAC细胞核内PPARδ转录活性、PPARδ的下游靶基因表达均明显下调，其中包括编码COX2的基因PTGS2。
已有研究表明，肿瘤细胞内COX2会促进微环境内的T细胞耗竭，于是研究人员锁定该研究方向。
他们在GOT2敲除的PDAC细胞中，再次验证表明COX2表达水平明显降低。不仅如此，如果回补野生型GOT2，或是加装核定位信号肽的“加强版”GOT2，都能够恢复PPARδ转录活性和COX2的表达水平，并令GOT2敲除PDAC肿瘤组织中浸润T细胞数量再降低，ARG+的巨噬细胞比例也回复到对照组水平。
这些说明，GOT2确实通过提高PPARδ转录活性来影响肿瘤生长的免疫环境，且COX2起到关键作用。
GOT2提高PPARδ转录活性
为了弄清GOT2是如何与脂肪酸联系起来，研究人员解析出GOT2的蛋白结构，并锁定了5个会和脂肪酸结合的疏水区域。其中在2号区域还会更偏爱与PPARδ的重要配体花生四烯酸结合，并且不同种属之间高度保守。当研究人员选择突变该区域内几个核心位点后，这种突变型GOT2的核定位能力、脂肪酸结合能力以及对PPARδ转录调控作用均会明显被抑制。
此外，研究人员在已敲除GOT2的PDAC小鼠模型中回补野生型的GOT2能够完全挽回肿瘤生长的劣势，并且能够抵消GOT2敲减对肿瘤生长、T细胞浸润的作用。但如果回补的是脂肪酸结合位点发生突变的GOT2，却只能恢复部分肿瘤生长优势，对T细胞和ARG+巨噬细胞浸润也只产生较弱的影响，说明2号区域正是GOT2影响肿瘤生长免疫环境的核心区域。
GOT2与PPARδ配体直接结合
基于上述结果，研究人员认为GOT2-PPARδ间的信号传递是影响PDAC瘤内免疫环境和影响肿瘤进展的关键。于是研究人员在GOT2敲除组小鼠中，给予PPARδ激活的药物或病毒诱导处理，并进行观察。实验结果显示，将GOT2敲除后再次激活PPARδ转录功能，依旧可以重拾免疫抑制作用，并且恢复肿瘤的生长优势。
为了进一步弄清GOT2-PPARδ信号通路具体通过哪些基因影响了免疫，研究人员还使用RNA-Seq筛选出PPARδ激动剂处理组和敲除GOT2组间的差异基因，发现其中许多有涉及到免疫细胞趋化和调控免疫功能的关键基因。
激活PPARδ可抵消GOT2敲减对肿瘤生长和T细胞耗竭的影响
综上，该团队的研究工作揭示了代谢酶GOT2的非经典非代谢功能，证明GOT2还可以通过结合核内脂肪酸配体调控PPARδ转录活性，从而干预免疫相关基因表达并对肿瘤生长免疫环境产生影响。
这类代谢酶的非经典、非酶功能的相关研究不仅丰富了人们对肿瘤代谢酶的认知，还另辟思路的找到了重塑肿瘤生存环境的新治疗靶点。
在未来，或许对于已知基因非经典功能会有更多新的发现，奇点糕也希望这些基因能够更好的指导药物研发造福临床。
参考文献：
[1] Xu D, Shao F, Bian X, Meng Y, Liang T, Lu Z. The Evolving Landscape of Noncanonical Functions of Metabolic Enzymes in Cancer and Other Pathologies. Cell Metab. 2021;33(1):33-50. doi:10.1016/j.cmet.2020.12.015.
[2] Abrego J, Sanford-Crane H, Oon C, et al. A cancer cell-intrinsic GOT2-PPARd axis suppresses antitumor immunity [published online ahead of print, 2022 Jul 27]. Cancer Discov. 2022;CD-22-0661. doi:10.1158/2159-8290.CD-22-0661.
[3] Yang H, Zhou L, Shi Q, et al. SIRT3-dependent GOT2 acetylation status affects the malate-aspartate NADH shuttle activity and pancreatic tumor growth. EMBO J. 2015;34(8):1110-1125. doi:10.15252/embj.201591041.
[4] Stump DD, Zhou SL, Berk PD. Comparison of plasma membrane FABP and mitochondrial isoform of aspartate aminotransferase from rat liver. Am J Physiol. 1993;265(5 Pt 1):G894-G902. doi:10.1152/ajpgi.1993.265.5.G894.
[5] Auciello FR, Bulusu V, Oon C, et al. A Stromal Lysolipid-Autotaxin Signaling Axis Promotes Pancreatic Tumor Progression. Cancer Discov. 2019;9(5):617-627. doi:10.1158/2159-8290.CD-18-1212.
[6] Chakrabarti G, Moore ZR, Luo X, et al. Targeting glutamine metabolism sensitizes pancreatic cancer to PARP-driven metabolic catastrophe induced by ß-lapachone. Cancer Metab. 2015;3:12. Published 2015 Oct 12. doi:10.1186/s40170-015-0137-1.
责任编辑丨张艾迪