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.2016年5月10日；15(6):1144-60.
doi:10.1016/j.celrep.2016.04.029。 Epub 2016年4月28日。

代谢共生使人对依赖mTOR信号的抗血管生成治疗产生适应性抵抗

伊丽莎白·艾伦 1, 帕斯卡·米维尔 2, 卡门·M·沃伦 三, 萨代赫·萨加菲尼亚 1, 李亞男 1, 梅文鹏 1, 哈纳汗 4
附属公司

代谢共生导致对依赖mTOR信号的抗血管生成治疗的适应性耐药性

伊丽莎白·艾伦等。 单元格代表. .

摘要

血管内皮生长因子抑制剂靶向肿瘤血管生成的治疗在某些人类肿瘤和小鼠肿瘤模型中可产生明显但短暂的疗效，但受到非常规形式的适应性/回避抵抗的限制。在一个这样的小鼠模型中，有效的血管生成抑制剂可以诱导剩余血管周围癌细胞的室间重组。葡萄糖和乳酸转运蛋白GLUT1和MCT4在远端缺氧细胞中以HIF1α依赖的方式诱导，表明糖酵解。靠近血管的肿瘤细胞反而表达乳酸转运蛋白MCT1和p-S6，后者反映mTOR信号。常氧癌细胞导入并代谢乳酸，通过乳酸分解代谢增强的谷氨酰胺代谢上调mTOR信号。因此，在血管生成受到抑制的情况下，代谢共生被建立起来，缺氧癌细胞输入葡萄糖并输出乳酸，而正常氧细胞输入并分解乳酸。mTOR信号抑制破坏了这种与葡萄糖转运蛋白GLUT2上调相关的代谢共生。

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数字

无
图形摘要
图1
图1
有效抑制血管生成对mTOR信号转导的影响；上调并重新定位到病灶簇（A）舒尼替尼治疗的肿瘤与假对照（左上角）的western blots（WB）中p-S6强度的定量。所有样本首先使用Bradford分析和肌动蛋白WB标准化。用p-S6抗体探测印迹，并使用Fusion FX7成像系统定量比较Mono-S-（n=8，红色）治疗的肿瘤与对照（蓝色，n=7）的相对值（见补充信息）。用阿西替尼治疗的肿瘤也有类似的趋势（数据未显示）。蛋白裂解物是从14至15周龄的RIP1Tag2小鼠收集的PanNET肿瘤中制备的，经过1周的试验。每天用溶媒对照（Con）、雷帕霉素单一疗法（Mono-R）、舒尼替尼单一疗法（Mono-S）或两者的组合（R+S）（右上角）对小鼠进行治疗（见补充信息）。通过WB将裂解产物归一化为肌动蛋白，进行印迹，并用抗p-S6探针作为mTOR信号的读数，并重新进行肌动蛋白归一化。（B） βTC4细胞系在常压（20%O）下培养2/5%一氧化碳2)或缺氧（1%O2/5%一氧化碳2)条件，制备裂解产物并用WB进行分析。（C） 干预试验中治疗4周的肿瘤组织切片（试验格式描述见图4A）用于使用抗p-S6的IHC。显示了具有代表性的图像。比例尺代表100μm。（D） 使用舒尼替尼（顶部）或阿西替尼（底部）治疗的肿瘤组织切片的代表性图像。匹莫达唑（pimo，green）染色表示肿瘤缺氧（右），p-S6反应性（红色，箭头）表示mTOR/p-S6信号主要被排除在缺氧区域（中间），合并图像显示在左图像中。比例尺代表50μm。（E） 单硫辛酸钠治疗8周（13-21周）后，肿瘤高度退化。高增殖细胞岛（Ki-67+）嵌入纤维组织中，纤维组织围绕少数剩余血管组织（CD31，蓝色，箭头）。比例尺在最左边的图像中代表700μm，在所有其他图像中代表200μm。
图2
图2
基因特异性表达分析揭示了单-S治疗肿瘤中的强糖酵解特征（a）与溶媒治疗对照组相比，对舒尼替尼治疗中前2500个上调基因的基因集重叠分析表明，糖酵分解和缺氧是最丰富的途径特征（左）。sunitinib治疗肿瘤的糖酵解富集图，包括运行ES评分的曲线图（右）。（B） 糖酵解特征基因集中排名前五的基因来自博大研究所的分子特征数据库，用于磺胺类药物治疗队列。（C） 使用IHC评估15周对照肿瘤（Con，左）和接受雷帕霉素单一疗法（Mono-R，左中）、阿西替尼（Mono-A，右中）或舒尼替尼（Mono-S，右）治疗的肿瘤的MCT4表达。MCT4在4/4较大、5/6较小的Mono-A-和4/4较大的Mono-S治疗肿瘤中高表达，在Con和Mono-R治疗肿瘤中无表达。比例尺在顶部图像中表示2 mm，在底部图像中表示200μm。（D） 吡莫达唑（pimo，green）染色评估肿瘤缺氧（左中）；葡萄糖转运蛋白GLUT1以红色显示（右中），最左边的图像描绘了合并后的图像。最右边的图像描绘了MCT4和吡莫硝唑R+A治疗肿瘤的合并图像。GLUT1和MCT4染色在大多数吡莫硝唑+/低氧区域最高，但也可以在围低氧区域发现。比例尺在左三幅图像中表示100μm，在右三幅图像中表示50μm。（E） 使用抗GLUT1（中间）和抗MCT4（右侧）的IHC表明，在使用舒尼替尼治疗的含有HIF1α细胞型特异性（β-细胞）基因敲除的肿瘤中，它们的表达高度降低/缺失。顶行显示一个代表性的Rip1Tag2_Rip1Cre_Hef1αWT肿瘤，而底行显示其肿瘤不表达Hif1α的Rip1 Tag2_ Rip1Cre_Hef1βfl/fl同卵双胞胎；这一结果代表了4/4野生型（WT）和6/6 HIF1αKO小鼠的所有肿瘤，所有肿瘤均用舒尼替尼治疗。比例尺代表100μm。（F） 与对照未经治疗的肿瘤（顶行）相比，使用舒尼替尼（中间行）或阿西替尼（底部行）的单药治疗可诱导MCT4（绿色、第一、第二和第四）的上调；此外，与对照组（顶行、第一行、第三行和第四行）相比，AI治疗组的MCT1（红色）上调。比例尺代表25μm。
图3
图3
小鼠PNET细胞系和肿瘤消耗和分解乳酸以建立代谢共生（A）βTC3癌细胞在常压条件下培养，GLUT1（绿色）和MCT4（绿色）表达水平较低，而这两种蛋白在缺氧条件下均上调。比例尺代表25μm。（B） 低葡萄糖（6.25 mM葡萄糖+2 mM Gln+FCS）培养的βTC3细胞的核磁共振分析6连续2天，切换到0%葡萄糖/0%Gln+FCS ON，然后在20 mM中电镀1–13C-葡萄糖+2 mM Gln+FCS（顶部）或20 mM三–13C-乳酸+2 mM Gln+FCS，在低氧（1%O）中培养16小时2/5%一氧化碳2)或常氧条件（20%O2/5%一氧化碳2)，并采集用于核磁共振。CM从时间0开始的乳酸净产量1–13低氧条件下的C-葡萄糖浓度为+15.6 mM，常氧条件下为+4.6 mM，而三–13C-乳酸水平在低氧时增加了+0.4 mM，在常氧时降低了-2.7 mM。灰色箭头高亮显示4–13C-谷氨酰胺，是三–13重复这些结果时，βTC3细胞中的C-乳酸分解代谢（数据未显示）。（C） 用Mono-S或R+S或载体对照药物治疗荷瘤小鼠10天，然后注入三–13-在处死之前，将C-乳酸维持90分钟。切除肿瘤，在液氮中快速冷冻，并准备核磁共振（参见实验程序）。
图4
图4
mTOR信号的代谢调节（A）匹莫哒唑（绿色）与抗GLS2（红色）在左侧图像中合并，右侧图像仅显示对照未治疗肿瘤（顶部）和舒尼替尼治疗肿瘤（底部）中的抗GLS2-肿瘤（红色）。箭头表示GLS2-阴性染色，箭头表示缺氧细胞中GLS2-阳性染色。比例尺代表25μm。（B） 如图3所示，在2 mM谷氨酰胺（Gln）或2 mM Gln+20 mM乳酸±选择性代谢抑制剂中培养适应低血糖的βTC3细胞，并评估其p-S6水平。βTC3s和嗜乳酸SiHa细胞（图S2C）在乳酸+Gln与Gln单独培养时显著上调p-S6；这种上调可通过100 nM雷帕霉素治疗逆转，或使用40μM DON（谷氨酰胺酶的竞争性抑制剂）部分逆转。此外，用MCT1抑制剂1 mM CHC或10μM 7ACC2阻断乳酸摄取也可以逆转这种上调，200μM AOA也可以逆转这一上调，后者可以阻断丙酮酸+谷氨酸向丙氨酸+α-酮戊二酸的转氨作用。底部图像描述了用选择性GLS1抑制剂50μM BPTES进行的实验，与DON、CHC或7ACC2相比，该抑制剂未能逆转乳酸诱导的pS6上调。印迹下方是一张图表，描绘了时间=0时乳酸的净消耗量或生产量。（C） 图示了在Gln+乳酸和仅Gln条件下α-酮戊二酸的相对产量。样品通过蛋白质浓度进行标准化。
图5
图5
用雷帕霉素（A）治疗AI诱导的p-S6+簇的靶向性试验设计如图所示：试验在离散时间点启动和终止，正如之前在Rip1Tag2模型中的研究所确定的那样（Bergers等人，1999年）。干预试验在肿瘤较小的第11周开始（图5C），而固定终点回归试验（图5B）和开放终点生存试验（图5A）在肿瘤已经较大的第13周开始；分子疗效试验开始于13.5-14周，持续7-10天。（B） 如补充信息中所述，从13-15周开始进行固定终点回归试验。显示平均值±SEM，并使用双尾Mann-Whitney检验评估统计显著性；13周时间点（TP）对照R+S St和R+A St，p=0.003∗∗与R+S Sim相比，p=0.0003∗∗∗; 15周TP对照与Mono-R，p=0.02∗R+S街，p=0.0003∗∗∗，R+S模拟，p=0.0004∗∗∗，单A，p=0.006∗∗和R+A St，p=0.0005∗∗∗; 单-R与R+S模拟，p=0.0008∗∗∗; 单S与R+S St，p=0.044∗和R+S Sim，p=0.0008∗∗∗; 和Mono-A与R+A，p=0.004∗∗(∗p=0.05–0.01，∗∗p=0.009–0.001，以及∗∗∗p<0.001）。（C） 从11周开始，进行为期4周的固定终点干预试验，如补充信息所述。显示平均值±SEM。统计显著性的双尾Mann-Whitney检验；11–15周的车辆控制与Mono-R和Mono-S相比，p=0.0004∗∗∗，R≥S和R+S St，p=0.0001∗∗∗，R+S模拟，p=0∗∗∗，1/2R+1/2S和R+1/2S，p=8×10−5; 单-R与R+S St，p=0.036∗和R+S模拟，p=0.0006∗∗∗; 单S与R+S St，p=0.0009∗∗∗和R+S模拟，p=0.0001∗∗∗; R->S与R+S St，p=0.0032∗∗和R+S模拟，p=8×10−5∗∗∗和R+1/2S（p=0.0023∗∗)；R+S St与R+S Sim，p=0.002∗∗; 和1/2R+1/2S与R+S模拟，p=0.0009∗∗∗(∗p=0.05–0.01，∗∗p=0.009–0.001，以及∗∗∗p<0.001）。（D） 在13周龄的Rip1Tag2小鼠中进行开放终点生存试验，直到动物死亡并被处死。队列由7-12只小鼠/只组成，并使用对数秩检验（LR）得出p值。每个队列的存活率评估为平均存活率（周±标准偏差）：对照车辆处理小鼠（n=10；16.9±0.8周）；单硫（n=10；21.8±1.6周）；单-R（n=10；22.9±1.7周）；Mono-A（n=12；21.7±2.2周）；R+S St（n=9；24.51±3.3周）、R+S Sim（n=7；25.4±3.8周）和R+A St（n=9；25.8±4.4周）。与其他手臂相比，R+S Sim手臂由更少的动物组成，用点画线表示，与每个同类单一疗法相比，没有统计学差异。在以下时间点处死来自不同手臂的长期存活健康小鼠，以评估结核和转移：R+S St，30.4周；R+S Sim，30.1周；和两只来自R+A St的小鼠，28.4周。所有接受治疗的手臂显示出显著高于p<0.0001的车辆治疗小鼠的存活率∗∗∗，Mono-A除外，其p<0.0002∗∗∗.R+S St与Mono-S，p=0.015∗; R+A St与Mono-A，p=0.002∗∗; 和单-R，p=0.004∗∗(∗p=0.05–0.01，∗∗p=0.009–0.001，以及∗∗∗p<0.001）。另请参见图S3A和S3B。
图6
图6
mTOR抑制干扰代谢共生（A）通过组织免疫染色对使用Mono-R或Mono-S（顶行）或与之联合治疗的代表性肿瘤中MCT1（红色）和MCT4（绿色）的表达进行评估。单-R治疗的肿瘤（左上角）与对照车辆治疗的肿瘤相似（图2F和S7），MCT1/4转运体的表达相对较弱。在R+S治疗的肿瘤（底部）中，MCT4表达区（绿色）减少，而MCT1表达区已扩张（红色），相反，请注意单S治疗肿瘤中相对扩张的MCT4阳性区（顶部：中央和右侧：绿色）。比例尺代表100μm。另请参见图S7。（B） 与Mono-S和R+S治疗肿瘤（顶行）中GLUT1（红色）和缺氧（pimo，绿色）之间的重叠分布相反，GLUT2（红色）在R+S处理肿瘤（底行）的非缺氧区选择性上调。比例尺代表25μm。另请参见图S5B。
图7
图7
人工智能诱导的代谢共生的概念示意图（A）未经治疗的泛网肿瘤血管化程度高，表达低水平的MCT1、MCT4和GLUT1，但表达明显水平的GLUT2。靶向VEGFR和PDGFR通路的有效AI导致肿瘤血管系统退化，继而导致局部缺氧和肿瘤分区，其标志是缺氧分区中MCT4和GLUT1上调，MCT1和pS6水平升高，以及常压分区中GLUT2水平降低。VEGFR/PDGFR和mTOR的联合抑制在缺氧室中产生坏死细胞死亡，与GLUT2上调和正常氧室中乳酸代谢改变相关，随后最终坏死。（B） AI治疗导致的广泛血管塌陷导致缺氧诱导HIF1α，进而上调缺氧癌细胞中的糖酵解靶点GLUT1和MCT4，导致高水平的乳酸分泌。细胞外乳酸的积累诱导MCT1在细胞表面的表达，并将乳酸导入正常氧区。与血清衍生的谷氨酰胺一起，乳酸在常氧癌细胞中被分解代谢，从而诱导mTOR信号传导，促进肿瘤代谢。数据表明，正常氧的癌细胞会为缺氧细胞释放葡萄糖，并通过将缺氧细胞中发生的糖酵解产生的乳酸副产物与谷氨酰胺结合，为自身提供能量。下图表明，通过（间接）上调假定共生簇内正常氧细胞中GLUT2的mTOR抑制，代谢共生被破坏。此外，核磁共振研究表明，mTOR抑制阻断了双重治疗肿瘤中乳酸衍生丙酮酸/谷氨酸到丙氨酸/α-酮戊二酸的转化（回补），从而干扰了TCA循环中间产物的产生，并可能进一步增强有毒乳酸的积累。
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    于欣，杨杰，徐杰，潘赫，王伟，于欣，石S。 Yu X等人。 国际生物科学杂志。2024年3月3日；20(5):1833-1854. doi:10.7150/ijbs.91492。eCollection 2024年。 国际生物科学杂志。2024 PMID：38481814 免费PMC文章。 审查。
  • 免疫监测遇到癌症代谢。
    庄颖、曾顺富、何振华、蔡彻。 Chuang YM等人。 EMBO代表，2024年2月；25(2):471-488. doi:10.1038/s44319-023-0038-w.Epub 2024年1月12日。 EMBO代表2024年。 PMID：38216787 免费PMC文章。 审查。
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    1. Bergers G.，Hanahan D.抗血管生成治疗的耐药模式。Nat.Rev.癌症。2008;8:592–603.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Bergers G.、Javaherian K.、Lo K.M.、Folkman J.、Hanahan D.血管生成抑制剂对小鼠多阶段致癌的影响。科学。1999;284:808–812.-公共医学
    1. Bergers G.，Song S.，Meyer-Morse N.，Bergsland E.，Hanahan D.使用激酶抑制剂靶向肿瘤血管周细胞和内皮细胞的益处。临床杂志。投资。2003;111:1287–1295.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Brugarolas J.，Lei K.，Hurley R.L.，Manning B.D.，Reiling J.H.，Hafen E.，Witters L.A.，Ellisen L.W.，Kaelin W.G.，Jr.通过REDD1和TSC1/TSC2抑癌复合物调节mTOR功能以应对缺氧。基因开发2004；18:2893–2904.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Casanovas O.，Hicklin D.J.，Bergers G.，Hanahan D.在晚期胰岛肿瘤中通过规避VEGF信号的抗血管生成靶点而产生的耐药性。癌细胞。2005年；8:299–309.-公共医学

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