肝癌是一種多基因參與、多因素介導、病理機制復雜的惡性腫瘤。在過去十年中，隨著第二代基因組測序技術迅速發(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）和細胞周期調節(jié)相關因子（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，運用新技術新方法探索肝癌生物學特性、尋找新的分子靶點和有效治療策略，是當前肝癌研究的重點和難點。

CRISPR基因編輯技術技術自2012年誕生以來，在基因編輯方面展現(xiàn)出強大的應用潛能。2014年，由此衍生來的CRISPR-Cas9功能基因篩選技術，已逐步成為探索基因功能、解析生物學過程與疾病發(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，上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(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，發(fā)現(xiàn)靶向干預腫瘤細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)激活可導致肝癌細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責合成13個組成氧化磷酸化復合物的基本蛋白亞基。在正常細胞中，異常翻譯蛋白聚集物對線粒體功能是有害的，會破壞細胞中化學能的穩(wěn)態(tài)。然而，腫瘤細胞和正常細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種常見肝癌細胞系的19114個基因進行篩選，分析出哪些是對腫瘤細胞生長與存活重要的基因，結果鑒定出455個共有的癌癥基因靶標。進一步對上述篩選獲得的基因靶標進行聚類分析發(fā)現(xiàn)，其中26個基因都與肝癌細胞的線粒體翻譯過程相關，提示線粒體翻譯過程可能是肝癌的適應性弱點，靶向干預該過程具有肝癌治療潛力。

替加環(huán)素是FDA唯一批準的甘環(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篩選結果，研究團隊通過檢測11株肝癌細胞對替加環(huán)素的敏感性，發(fā)現(xiàn)其中8株肝癌細胞對替加環(huán)素敏感，僅有3株肝癌細胞對替加環(huán)素極不敏感。為了進一步解決少部分肝癌細胞對替加環(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)素對肝癌細胞的體外抑制作用。

為了進一步闡明肝癌細胞耐受替加環(huán)素作用的分子機制，研究團隊對替加環(huán)素處理的肝癌細胞進行了轉錄組測序、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，進而導致MYC下游糖酵解相關酶己糖激酶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。

上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(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。上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(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.