BET抑制诱导肝癌GDH1依赖的谷氨酰胺代谢重构和易损性

今天分享的是一篇来自Life Metabolism杂志的文章：“BET inhibition induces GDH1-dependent glutamine metabolic remodeling and vulnerability in liver cancer (BET抑制诱导肝癌GDH1依赖的谷氨酰胺代谢重构和易损性)”，揭示了一个重要的表观遗传-代谢串扰，通过BET抑制诱导MYC非依赖和GDH1依赖的谷氨酰胺代谢重塑，可用于肝癌的创新联合治疗。

BET蛋白调控多种参与肿瘤发病机制的基因表达，是新兴的治疗靶点。第一次临床试验的结果证实了BETi的抗肿瘤潜力，但作为单一药物，其疗效似乎有限。相反，联合疗法和下一代化合物，如BET降解剂，可能会为将BET蛋白靶向癌症开辟新的可能性。目前正在进行的基于BETi的联合治疗包括激酶抑制剂、免疫调节剂、表观遗传药物和激素治疗，临床结果尚待观察。

图1 抑制BET抑制肝癌细胞生长并诱导分化。

值得注意的是，一些代谢基因的表达可以受BET蛋白的表观遗传调控，而包括MYC在内的BET靶基因是细胞代谢的主要调节基因。因此，假设靶向BET蛋白可能直接或间接影响癌症代谢，使BETi处理的细胞在此背景下动态地经历代谢重构是合理的。

为了支持这一观点，组蛋白脱乙酰酶(HDAC)抑制通过靶向胶质母细胞瘤中的超级增强子而引起代谢重新编程，并且HDAC和脂肪酸氧化(FAO)抑制剂的联合治疗显示出更好的治疗潜力。然而，BETi如何诱导代谢重塑以及代谢靶向策略是否可以与BETi联合用于癌症治疗还没有被探索。

图2抑制BET改变葡萄糖和谷氨酰胺代谢基因的表达。

在这里，以肝癌为模型，研究人员揭示了依赖GDH1的谷氨酰胺代谢重塑对BET的抑制，并提供了针对GDH1-OXPHOS代谢轴和BET蛋白的“合成致死”的原理证明，以改善癌症治疗。

研究人员发现BRD2和BRD4而不是BRD3是肝癌细胞生长所必需的，即使使用PAN-BETiS(JQ-1和ABBV075)瞬时抑制BET也足以阻止细胞增殖和异种移植瘤生长。从治疗的角度来看，短期治疗也可能减少BET抑制的副作用。

为了解决BET抑制可能如何影响肝癌细胞代谢的问题，研究人员从RNA-seq开始，发现BETi降低了葡萄糖和线粒体代谢中基因的表达，这与BET蛋白通常促进基因转录激活的观点一致。有趣的是，GDH1被认为是为数不多的被BET抑制上调的代谢基因之一。通过产生α-KG，GDH1有助于乳腺和肺癌细胞的氧化还原动态平衡，促进肝脏激酶B1(LKB1)缺陷的肺癌的失巢凋亡抵抗，并且是胶质母细胞瘤细胞在葡萄糖限制下存活所必需的。

图3抑制BET诱导谷氨酰胺代谢重塑。

与GDH1上调一致的是，BETi不仅增加了多种谷氨酸代谢产物和三氯乙酸循环代谢产物的丰度，而且还增加了谷氨酰胺氧化代谢的活性，为三氯乙酸循环提供了包括α-KG在内的抗性激素代谢产物。因此，经BETi处理的细胞能够在生长受损的情况下保持能量平衡。

在功能上，靶向GDH1、GLS1或OXPHOS始终会导致BETi的合成致死性，而这些单一治疗都不会导致显著的细胞死亡。总而言之，这些发现表明，经BETi处理的癌细胞经历了GDH1介导的谷氨酰胺代谢重塑，以维持能量稳态和生存能力，并且通过抑制BET来阻断这一适应过程引起能量危机和合成致死。

图4依赖GDH1的谷氨酰胺代谢在BET抑制后维持细胞活力。

上下文相关的GDH1调制可以在不同的级别上发生。例如，当增殖的乳腺上皮细胞处于静止状态时诱导GDH1的蛋白质而不是mRNA水平，当葡萄糖氧化抑制胶质母细胞瘤细胞中的GDH1酶活性而不是蛋白质水平时，转录因子多形性腺瘤基因1(PLAG1)在失巢抵抗期间控制GDH1的表达。

研究人员已经确定了在肝癌细胞中通过抑制BET上调GDH1的一个独特的机制，这是通过下调miR-30a而不依赖于MYC。研究人员证明miR-30a负向调节GDH1 mRNA的稳定性，并且miR-30a水平在BET抑制时降低。

虽然miR-30a下调可能影响多个基因的表达，但研究人员的结果支持GDH1参与了谷氨酰胺代谢重塑对BET的抑制。目前尚不清楚BETi是如何降低miR-30a水平的，以及是否有其他机制在这方面也调节GDH1。

图5 BET抑制通过miR-30a下调诱导GDH1表达。

最后，研究人员发现同时靶向BET蛋白和GLS1-GDH1-OXPHOS代谢轴限制了肝肿瘤的生长，即使在由异位MYC过度表达驱动的肿瘤中也是如此。在研究人员的MYC/P53模型中，与单一治疗组相比，为期三周的ABBV075/IACS联合治疗显著延长了动物的存活时间。这种治疗方案似乎耐受性良好，尽管接受治疗的动物最初体重下降，然后逐渐恢复体重。

应该指出的是，最近的一项临床试验显示，IACS单一疗法与毒副作用有关，包括周围神经病变和视神经病变，因此在急性髓细胞白血病或晚期乳腺癌和胰腺癌患者中仅观察到少量疗效增强的证据。这一观察强烈表明，有必要确定适合治疗的癌症类型/患者或优化治疗方案，以减少靶向复合体I的副作用。

事实上，复合体I的丢失暴露了发酵作为Hurthle细胞癌的治疗靶点，并对其他携带突变的肿瘤具有不可逆转地损害线粒体呼吸的突变。研究人员在这里表明，BET抑制，一方面对糖酵解有强烈的负面影响，另一方面，增加GDH1介导的谷氨酰胺代谢重塑，建立针对这两个途径的合成杀伤力。

值得注意的是，BETi/OXPHOSi联合治疗对BETi敏感的肝癌细胞更有效，因为非癌细胞(IMR90)和BETi不敏感的SNU449癌细胞对这种治疗没有反应，这引发了如何对将从联合治疗中受益的肝癌患者进行分层的剩余问题。除了对OXPHOS的抑制外，研究人员的发现还表明，靶向诱导OXPHOS上游的代谢依赖，如GLS1或GDH1，也可以在BETi反应性肝癌中诱导合成死亡。

图6 BET抑制对肝癌中OXPHOS阻断的合成致死作用。

随着新一代BETi的出现，如BRD4 PROTAC(ARV-825)，以及GLS1和GDH1作为药物靶点的适用性，可以预见靶向BET蛋白和GLS1-GDH1代谢轴可能具有治疗潜力，这值得在未来进行充分的评估。

综上所述，研究人员的研究提供了对肝癌BET抑制背后的代谢适应的机械性见解，并提出了一种针对依赖GDH1的谷氨酰胺代谢和BET蛋白的合成致死性的选择，以改进肝癌的联合治疗。