STAT2/SLC27A3/PINK1介导的线粒体自噬通过脂质代谢重编程促进肾透明细胞癌培唑帕尼耐药的机制研究

研究背景

肾细胞癌 (Renal cell carcinoma, RCC) 是泌尿系统的恶性肿瘤之一，其中，肾透明细胞 (Clear cell renal cell carcinoma, ccRCC) 是最常见的类型。对于临床晚期或转移性的ccRCC患者，酪氨酸激酶抑制剂 (Tyrosine kinase inhibitors, TKIs) 目前仍是一线治疗方法。然而，晚期ccRCC患者通常在6-12个月内对TKI治疗产生耐药性。研究表明，脂质代谢重编程，不仅是肿瘤进展的标志之一，也与多种恶性肿瘤获得性耐药形成相关。线粒体自噬 (Mitophagy) 是一种能维持线粒体稳态的选择性自噬过程，有助于肿瘤细胞适应微环境变化从而产生耐药性。溶质载体家族27成员3（Solute carrier family 27 member 3, SLC27A3）是一种脂酰辅酶A（CoA）合成酶，在脂质丰富的肿瘤如ccRCC中高表达，并且与不良预后相关。然而，SLC27A3的上游调控机制及其对ccRCC线粒体自噬、脂质代谢重编程的影响和在TKI耐药中的作用仍未被探索。

研究进展

作者首先构建了培唑帕尼耐药 (Pazopanib-Resistant) 的肾透明细胞癌细胞系（786-O-PR），发现在培唑帕尼存在的环境下，786-O-PR较亲本细胞786-O具有更强的细胞活性和增殖能力。接着通过转录组测序和数据库分析，发现SLC27A3在786-O-PR细胞中表达增高；而在肿瘤组织与癌旁组织的临床样本检测中，作者同样证实了SLC27A3在ccRCC中高表达。结合泛癌和生存预后分析等，可以得出结论：SLC27A3在ccRCC和培唑帕尼耐药的细胞中表达上调，且其高表达与脂质代谢相关、并提示不良预后。

鉴于SLC27A3与脂质代谢的相关性，作者猜想脂质代谢重编程或许是SLC27A3介导肿瘤耐药的关键途径。通过BODIPY探针标记和油红O染色，可以观察到培唑帕尼耐药细胞具有丰富的脂滴。在786-O-PR细胞中敲低SLC27A3导致脂滴形成减少，亲本细胞中过表达SLC27A3则促进脂滴增加，且在调控SLC27A3的基础上干预脂滴形成会影响细胞的培唑帕尼耐药性。这一结果验证了作者的假设。相关动物实验结果也进一步证实了SLC27A3能够调节脂滴形成并介导ccRCC培唑帕尼耐药。

作者进一步在786-O-PR细胞中敲低了SLC27A3，后续实验均表明线粒体自噬水平降低，细胞培唑帕尼抵抗能力也受到抑制，而这种效应能通过过表达PINK1得以恢复。为加强验证，作者同时在亲本细胞中过表达SLC27A3，发现增强的培唑帕尼耐受能力又因为随后的PINK1敲低或3-MA添加得以逆转，同时脂滴形成也被抑制。由于ROS可由脂肪酸β-氧化产生，且其为PINK1/Parkin线粒体自噬通路激活的主要因素之一，此时作者大胆提出猜想，ROS或许是联系SLC27A3和线粒体自噬的中间产物。因此，作者使用了特定的JC-1和DCF荧光探针，观察到SLC27A3敲除组的线粒体膜电位（Mitochondrial membrane potential, MMP）增加、ROS含量降低。综上表明，SLC27A3可通过调节ROS水平介导线粒体自噬，从而影响ccRCC脂滴形成和培唑帕尼耐药性。此外，作者也通过脂酰CoA脂质组学探索了SLC27A3的潜在底物，这也是首次在人类肿瘤领域报道了SLC27A3可以催化C12:0-、C16:0-、C17:0-、C20:3-长链脂肪酸活化。

接下来，本研究使用PINK1-sh质粒转染786-O-PR细胞或加入3-MA处理，观察到ROS水平显著上升，同时MMP值下降；在亲本细胞中过表达SLC27A3后再加入3-MA或转染PINK1-sh，也会进一步加剧ROS积累。另一方面，由于CPT1a定位于线粒体并且是线粒体转运脂酰CoA参与β-氧化的关键酶，为探索其潜在作用，作者在ccRCC亲本细胞及耐药细胞中分别进行了探索。结果发现，在培唑帕尼作用下，敲低CPT1a能改善因加入3-MA而降低药物抵抗能力；此外，抑制线粒体自噬通路则可以恢复CPT1a蛋白水平。综上可以认为：线粒体自噬可负调控ROS水平并消耗CPT1a，从而促进脂质生物合成介导ccRCC培唑帕尼耐药。

最后，为了阐明SLC27A3的上游调控机制，作者利用在线数据库进行筛选，并结合相关性和预后分析，明确STAT2作为潜在上游激活因子。STAT2是信号转导及转录激活蛋白家族成员，由此进行后续一系列实验。实验表明，转录因子STAT2可以上调SLC27A3的表达，介导下游的生物学效应。

未来展望

本研究证实了SLC27A3在培唑帕尼耐药的ccRCC细胞中表达上调，并提示不良预后。SLC27A3的高表达促进了过量的长链脂酰CoA生成并进入线粒体进行β-氧化、产生大量ROS，从而激活PINK1/Parkin线粒体自噬途径。随后的线粒体自噬/ROS负反馈调节机制将ROS稳定在一定水平，并消耗线粒体上的β-氧化关键酶CPT1a蛋白以抑制脂肪酸β-氧化途径，迫使脂酰CoA合成脂质储存在脂滴中，从而促进ccRCC培唑帕尼耐药。此外，STAT2转录因子复合体被证实能调控SLC27A3的表达并介导下游生物学效应。本研究揭示了SLC27A3在ccRCC TKI耐药进程中的潜在分子机制，为解决ccRCC临床耐药问题提供新的治疗靶点，未来有望推进临床相关转化应用。