干湿结合鉴定了一种CPS1缺陷HCC亚型

代谢性重编码经常发生在癌症中，并被确定为恶性肿瘤的标志之一，不同起源的肿瘤，代谢重编码的模式不完全相同。肝癌中存在大量的代谢重编码，如谷氨酰胺代谢、脂肪酸氧化等。因此本文作者尝试探索代谢在肝癌中的改变，并使用生物信息学及细胞动物试验鉴定了一种特异性的肝癌分型。

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流程图

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结果简述

一、HCC 中CPS1 表达不足与临床预后不良相关

文章使用泛癌数据探索差异代谢基因的表达情况，格局代谢基因的功能，将这些基因分为三组：组织特异性，构成性，其他。发现随着HCC的进展，肝脏特异性代谢功能在肿瘤中下调。为进一步探索肝癌的代谢通路的改变，将代谢相关的基因分为不同的代谢模块，肝癌表现出尿素循环（UC）高度特异性的、一致性的下调。其中关键基因CPS-1可以将患者分为高低两组，低表达组患者肿瘤恶性程度较高，预后较差，是预后的独立危险因素。

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二、CPS1缺乏引起HCC癌症干细胞的扩增

在七个公共数据集，文章发现多个干性相关基因的表达与HCC中CPS1的水平呈负相关，同时CPS1阴性表达&干性相关基因阳性表达的组预后更差，因此推测CPS1是肝癌细胞增长的负性调控因子。为验证推测，作者使用敲低CPS1及高表达CPS1的细胞系探索成球细胞数量及比例，并使用慢病毒转染CPS1基因降低了EpCAM+ SMMC7721细胞的肿瘤形成能力，而CPS1的阻断显著增加了EpCAM-SMMC7721细胞的肿瘤发生并促进肿瘤进展。以上结果提示CPS1缺乏引起HCC癌症干细胞的扩增。

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三、FOXM1对于 CPS1操纵的 HCC干性至关重要

文章进一步探索CPS1调控肿瘤干性的下游关键因素。通过三个步骤：1.72个基因在HCC-LM3-shCPS1细胞中上调，在CSQT-2-CPS1细胞中下调，在从HCCDB获得的CPS1阴性HCC样品中上调2.GO分析将72个基因分为5个功能3.转录因子在5个功能中的分布，鉴定了FOXM1是CPS1的关键下游调控分子。文章进一步，在对照，CPS1敲低，FOXM1敲低， CPS1 | FOXM1敲低的细胞系中他所干性相关标志物的表达，及细胞增殖的变化，发现FOXM1是CPS1的关键下游调控分子。

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四、CPS1缺乏症引发HCC中向FAO的代谢重编程

文献表明，UC是将过量氨转化为无毒尿素的重要代谢过程，UC失调也调节了TCA。因此，文章探索并发现大多数TCA循环中间产物在 HCC-LM3-shCPS1细胞中下调，包括αKG(58%)、延胡索酸盐 (11%)、苹果酸盐 (48%) 和其他。此外，CPS1敲低的细胞表现出糖酵解ECAR（下降）、葡萄糖氧化磷酸OCR（下降）、ATP（升高），这提示在CPS1敲低的细胞中，能量来源发生了巨大的变化。的确，进一步实验表明CPS1敲低的细胞FAO及脂肪酸代谢功能显著增加24.1%-100%，使用Eto：FAO 抑制剂，acetyl-CoA：FAO激活剂处理细胞，发现细胞的成球能力和感性相关的标志物发生了相应的改变，而且，负责线粒体FAO过程的一种分子CPT在CPS1敲低的细胞系中表达增加，同时增加的细胞的干性及干性标志物的表达。

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五、氨积累导致CPS1缺陷细胞中AMPK-FAO轴的活性氧产生和过度活化

有研究表明，活性氧（ROS）可以在多个病理过程中被氨激活，因此文章进一步探索ROS和CPS1的相关性及相互调节方式，发现氨的积累可以通过在CPS1缺陷细胞中引起ROS的产生来增强HCC细胞干性。同时，有文献提示，代谢应激诱导的过度ROS通常会激活下游信号通路，如单磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）和AKT。文章使用：1）CPS1敲除|CPS1表达;2） CPS1敲除+/- NH4CL;3） CPS1敲除+/-NH4CL+/-Mito Q三种处理过的细胞系，发现CPS1敲低的细胞可以通过AMPK-FAO轴激发活性氧的积累导致细胞的恶性程度增加。

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六、针对FAO使CPS1缺陷的HCCs对索拉非尼诱导的细胞死亡敏感

作为肝癌的一线治疗，文章进一步探索CPS1缺乏时索拉菲尼的药物反应，体内外试验均表明发现CPS1耗竭可能导致索拉非尼耐药。综上所述，我们在这里的结果表明，AMPK-FAO-FOXM轴的过度激活使CPS1缺乏的HCC患者具有索拉非尼耐药性，索拉非尼和Eto的组合可能对临床上的患者有益。

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七、CPS1的肿瘤特异性DNA高甲基化是CPS1表达降低的原因

有研究表明，p-AMPK增加和Sirtuin 5（SIRT5）减少是CPS1减少的原因。因此在80对肿瘤正常样本中发现，其中20%的样本CPS1的改变无法解释，这提示我们可能存在潜在的表观遗传修饰。作者探索到在CPS1增强子区域的两个甲基化位点与CPS1的表达呈显著的负相关，在细胞及患者队列中表现出相同的趋势。使用地西他滨后，甲基化被抑制的同时，CPS1的表达升高。这提示我们，CPS1的肿瘤特异性DNA高甲基化是CPS1表达降低的原因。

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总结

总的来说，文章主要临床意义体现在：

1.鉴定一种新的肝癌分型：尿素循环（UC）具有肝脏特异性，并且在HCC中受到下调

2.机制及治疗：CPS1缺乏通过FAO-FOXM1轴影响肝癌的新陈代谢、自我更新及治疗抵抗；抑制FAO获取是一种有希望的HCC治疗方式

原文转自：医学僧的科研日记(ID:zzudoctor)