肝癌是一種多基因參與、多因素介導(dǎo)、病理機制復(fù)雜的惡性腫瘤。在過去十年中，隨著第二代基因組測序技術(shù)迅速發(fā)展，人們對肝癌的遺傳特征有了較全面的了解。大規(guī)模肝癌樣本測序結(jié)果表明，肝癌發(fā)生發(fā)展過程中存在大量基因突變，如 TERT 啟動子、Wnt/β-catenin信號通路基因（CTNNB1和AXIN1）和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)相關(guān)因子（TP53、CDKN2A和RB1）等。

然而，與黑色素瘤中BRAF突變或肺癌中EGFR突變等不同，肝癌的這些突變尚無法進行有效靶向。目前已經(jīng)上市的肝癌靶向治療方法有限。因此，運用新技術(shù)新方法探索肝癌生物學(xué)特性、尋找新的分子靶點和有效治療策略，是當(dāng)前肝癌研究的重點和難點。

CRISPR基因編輯技術(shù)技術(shù)自2012年誕生以來，在基因編輯方面展現(xiàn)出強大的應(yīng)用潛能。2014年，由此衍生來的CRISPR-Cas9功能基因篩選技術(shù)，已逐步成為探索基因功能、解析生物學(xué)過程與疾病發(fā)生發(fā)展機制以及發(fā)現(xiàn)疾病治療靶點的重要手段。

近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院/上海市腫瘤研究所覃文新研究員和金浩杰研究員團隊在《柳葉刀》旗下期刊 EBioMedicine 在線發(fā)表了題為：Sustained activation of EGFR-ERK1/2 signaling limits the response to tigecycline-induced mitochondrial respiratory deficiency in liver cancer 的研究論文。

該研究通過使用全基因組CRISPR-Cas9高通量篩選技術(shù)，發(fā)現(xiàn)靶向干預(yù)腫瘤細(xì)胞線粒體翻譯過程具有重要的肝癌治療潛力。而EGFR-ERK1/2信號通路的持續(xù)激活可導(dǎo)致肝癌細(xì)胞對線粒體翻譯抑制劑替加環(huán)素不敏感。因此，MEK抑制劑或EGFR抑制劑與替加環(huán)素聯(lián)用可發(fā)揮協(xié)同效果，有望為肝癌患者提供一種新的聯(lián)合治療方案。

真核生物的線粒體中存在獨立的翻譯體系，人體的線粒體核糖體負(fù)責(zé)合成13個組成氧化磷酸化復(fù)合物的基本蛋白亞基。在正常細(xì)胞中，異常翻譯蛋白聚集物對線粒體功能是有害的，會破壞細(xì)胞中化學(xué)能的穩(wěn)態(tài)。然而，腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞中的線粒體功能存在很大的差異。越來越多的證據(jù)表明，高水平的線粒體翻譯過程可參與支持多種類型腫瘤細(xì)胞的生物能量需求。

在這項研究中，研究團隊首先通過CRISPR-Cas9方法對2種常見肝癌細(xì)胞系的19114個基因進行篩選，分析出哪些是對腫瘤細(xì)胞生長與存活重要的基因，結(jié)果鑒定出455個共有的癌癥基因靶標(biāo)。進一步對上述篩選獲得的基因靶標(biāo)進行聚類分析發(fā)現(xiàn)，其中26個基因都與肝癌細(xì)胞的線粒體翻譯過程相關(guān)，提示線粒體翻譯過程可能是肝癌的適應(yīng)性弱點，靶向干預(yù)該過程具有肝癌治療潛力。

替加環(huán)素是FDA唯一批準(zhǔn)的甘環(huán)素類抗生素，已被證明可特異地抑制線粒體翻譯過程。為了驗證CRISPR-Cas9篩選結(jié)果，研究團隊通過檢測11株肝癌細(xì)胞對替加環(huán)素的敏感性，發(fā)現(xiàn)其中8株肝癌細(xì)胞對替加環(huán)素敏感，僅有3株肝癌細(xì)胞對替加環(huán)素極不敏感。為了進一步解決少部分肝癌細(xì)胞對替加環(huán)素不敏感的問題，研究團隊通過使用包含了1957個FDA批準(zhǔn)藥物的化合物庫進行篩選，發(fā)現(xiàn)MEK抑制劑明顯提高替加環(huán)素對肝癌細(xì)胞的體外抑制作用。

為了進一步闡明肝癌細(xì)胞耐受替加環(huán)素作用的分子機制，研究團隊對替加環(huán)素處理的肝癌細(xì)胞進行了轉(zhuǎn)錄組測序、受體酪氨酸激酶陣列分析及酶聯(lián)免疫吸附測定，發(fā)現(xiàn)替加環(huán)素不敏感肝癌細(xì)胞在替加環(huán)素作用下，EGFR的兩種配體AREG和EREG自分泌增多并激活EGFR-ERK1/2信號通路，進而導(dǎo)致MYC下游糖酵解相關(guān)酶己糖激酶2（HK2）、丙酮酸激酶2（PKM2）和乳酸脫氫酶（LDHA）表達及活性增強。此外，研究團隊還發(fā)現(xiàn)EGFR-ERK1/2-MYC信號軸可通過激活絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶2（SHMT2）部分維持線粒體翻譯功能。

因此，替加環(huán)素與MEK抑制劑或EGFR抑制劑聯(lián)合方案減少了代償性糖酵解水平的增加，可徹底阻斷肝癌細(xì)胞中糖酵解與氧化磷酸化之間的能量平衡過程。最后，研究團隊在多種動物腫瘤模型中驗證了替加環(huán)素聯(lián)合MEK抑制劑或EGFR抑制劑的肝癌協(xié)同治療效果。

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院/上海市腫瘤研究所博士生周洋洋、助理研究員王思穎和博士生吳維為論文共同第一作者。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院/上海市腫瘤研究所覃文新研究員、金浩杰研究員、荷蘭癌癥研究所Rene Bernards教授以及東方肝膽外科醫(yī)院袁聲賢副主任為論文共同通訊作者。

原始出處：

Yangyang Zhou， et al. Sustained activation of EGFR-ERK1/2 signaling limits the response to tigecycline-induced mitochondrial respiratory deficiency in liver cancer. EBioMedicine， 2022.