OXPHOS抑制剂IACS010759通过调节食管鳞状细胞癌中的自噬作用来抑制肿瘤生长

《Pathology - Research and Practice》：OXPHOS inhibitor IACS010759 Suppresses Tumor Growth by Modulating Autophagy in Esophageal Squamous Cell Carcinoma

食管鳞癌（ESCC）中氧化磷酸化（OXPHOS）相关基因显著高表达，并与临床预后相关。OXPHOS抑制剂IACS-010759通过抑制自噬及激活AKT/mTOR通路抑制ESCC细胞增殖和裸鼠移植瘤生长，与糖酵解抑制剂2-DG联用效果更佳，提示OXPHOS通路可作为ESCC治疗新靶点。

　　

Xiao Han|Xueyuan Hu|Guangzhao Zhu|Yingchao Ma|Kaige Li|Hongtao Liu|Tianli Fan|Yue Xu|Wenna Guo|Yanting Zhang

摘要

食管鳞状细胞癌（ESCC）是一种常见且高度恶性的消化道癌症，预后较差。癌细胞通常表现出增强的糖酵解活性，此前人们认为氧化磷酸化（OXPHOS）在所有癌症中都受到抑制。然而，最近的研究表明，某些肿瘤中的OXPHOS活性增强，甚至与活跃的糖酵解同时存在。这促使人们探索以靶向增强的OXPHOS作为治疗策略。尽管如此，OXPHOS在ESCC肿瘤发生和进展中的作用仍不清楚。在本研究中，我们发现OXPHOS相关基因在ESCC细胞系和组织中高度表达，且这种高表达与临床预后相关。OXPHOS抑制剂IACS-010759能够抑制ESCC细胞的增殖、克隆形成和迁移，并破坏线粒体的形态和功能。此外，IACS-010759还能抑制裸鼠中的异种移植肿瘤生长。IACS-010759处理还抑制了ESCC细胞中的自噬作用，并激活了AKT/mTOR通路。自噬诱导剂雷帕霉素可以抵消IACS-010759的抑制作用，表明IACS-010759通过激活AKT/mTOR来抑制ESCC的自噬，从而发挥抗肿瘤作用。有趣的是，抑制OXPHOS反而增加了糖酵解活性。将IACS-010759与糖酵解抑制剂2-DG联合使用，在ESCC细胞和异种移植瘤中表现出显著的协同抗肿瘤效果。总之，我们的研究结果表明OXPHOS通路可能是ESCC的一个有前景的治疗靶点。

引言

食管癌（ESCA）是一个全球性的健康问题，其中食管鳞状细胞癌（ESCC）占亚洲病例的90%以上[1]。ESCC的特点是侵袭性强、对化疗反应差以及高转移潜力[2]。尽管其发病率很高，但有效的ESCC治疗靶点仍然难以找到，其发病机制也尚未完全明了。

癌细胞的一个关键特征是代谢重编程，特别是细胞能量代谢的变化[3]。细胞能量产生的主要途径是氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解[4]。正常细胞在有氧条件下主要依赖OXPHOS产生能量，而肿瘤细胞即使在有氧环境下也倾向于选择糖酵解，这种现象被称为“Warburg效应”[5]。尽管普遍认为肿瘤中的OXPHOS受到抑制，但最近的研究表明许多恶性肿瘤仍依赖功能性的OXPHOS来产生能量[6],[7],[8]。这种差异的一个可能解释是不同肿瘤类型之间线粒体DNA（mt-DNA）含量的差异。许多肿瘤的mt-DNA含量高于正常组织[9],[10]。ESCC中的mt-DNA含量也高于正常组织，这表明ESCC细胞中的OXPHOS通路可能被激活。然而，ESCC中OXPHOS激活的程度及其与肿瘤发生和进展的相关性尚未得到研究。本研究旨在探讨OXPHOS在ESCC中的作用及其作为治疗靶点的潜力。

自噬是细胞代谢稳态的关键调节器，在癌症中具有双重作用[11]。在肿瘤早期阶段，自噬可以通过清除受损的细胞器和有害物质来抑制肿瘤生长[11]。然而，在肿瘤进展过程中，自噬可能通过增强细胞存活能力和适应不良环境来促进肿瘤进展[12]。对于ESCC而言，有证据表明自噬具有促进肿瘤的作用[13]。鉴于OXPHOS在肿瘤细胞存活和能量代谢中的重要性，理解自噬在OXPHOS抑制背景下的作用对于评估其抗肿瘤效果至关重要。

OXPHOS是ATP的主要来源，癌细胞可能通过激活补偿性能量途径来对抗OXPHOS抑制。例如，线粒体解偶联剂Minerval可以增强胶质母细胞瘤细胞的糖酵解[14]。Hou等人的研究发现，滤泡辅助T（TFH）细胞中SIRT3的缺乏会抑制OXPHOS活性，但会补偿性地激活NAD+-糖酵解途径以维持细胞能量供应，从而调节TFH细胞的分化及其在肿瘤免疫中的作用[15]。类似地，抑制肝细胞癌中的己糖激酶-2可以提高对二甲双胍的敏感性[16]。此外，OXPHOS抑制剂可以与酪氨酸激酶抑制剂或其他抑制糖酵解的药物联合使用，导致致命的能量危机[17]。因此，联合治疗可能通过靶向OXPHOS来提高疗效。

总之，本研究旨在阐明ESCC中OXPHOS的激活情况、其与预后的相关性以及靶向OXPHOS的潜在抗肿瘤效果。此外，我们还探讨了OXPHOS抑制剂IACS-010759与糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）联合使用对ESCC的治疗效果。这些发现有望为ESCC的发病机制提供新的见解，并为ESCC治疗中靶向OXPHOS通路提供机制基础。

生物信息学分析

我们从癌症基因组图谱（TCGA）数据库中获取了ESCC的转录组数据及相应的临床数据。使用“OXPHOS”一词进行基因本体论（GO）搜索，得到了75个参与线粒体OXPHOS的基因列表[18]。然后使用UALCAN在线平台（http://ualcan.path.uab.edu/）对这些基因进行了差异表达分析。OXPHOS相关基因表达分析的结果被导入Heatmapper在线工具（//www.heatmapper.ca/）中进行处理。

ESCC组织和细胞中OXPHOS基因的高表达

从TCGA数据库中获取的ESCC患者数据中，我们关注了75个与OXPHOS通路相关的基因。使用UALCAN分析这些基因后发现，其中55个基因显著上调（P < 0.05），而其余20个基因虽然也上调，但未达到统计学显著性（P > 0.05）（见补充表2）。这表明ESCC中OXPHOS通路活性增强。随后对这些75个基因的表达模式进行了聚类分析。

讨论

众所周知，在有氧条件下，正常细胞通过线粒体OXPHOS产生能量；而在缺氧条件下，细胞则依赖糖酵解产生能量[5]。然而，肿瘤的代谢与正常细胞显著不同[21]。正如Otto Warburg所提出的，癌细胞即使在有氧环境下也优先选择糖酵解来合成ATP，这种现象称为“Warburg效应”或“有氧糖酵解”[22]。此前，人们认为肿瘤中的OXPHOS通常受到抑制，

结论

我们的数据显示，ESCC中的OXPHOS被过度激活。OXPHOS特异性抑制剂IACS-010759通过调节AKT/m-TOR信号通路和抑制细胞自噬有效地抑制了ESCC的生长。因此，OXPHOS成为ESCC的一个潜在新靶点。IACS-010759与2-DG的联合使用对ESCC表现出更强的抗肿瘤效果，为ESCC的靶向治疗提供了新的策略。

资助

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号82103055）、河南省关键科学技术研究项目（项目编号242102311166）、河南省重点研发与推广项目（科学技术研究项目，项目编号252102311046、222102310099）以及河南省科技研发联合基金（项目编号225200810011）的支持。

CRediT作者贡献声明

Tianli Fan：监督、资源获取、资金筹措。Hongtao Liu：监督、资源获取、资金筹措。Yue Xu：监督、资源获取、资金筹措。Guangzhao Zhu：验证、研究。Xueyuan Hu：可视化、验证、研究、正式分析。Kaige Li：验证、研究。Yingchao Ma：验证、研究。Yanting Zhang：写作——审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、正式分析、数据管理。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来提高手稿的语言表达和可读性。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

利益冲突声明

作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Wenna Guo报告称获得了中国国家自然科学基金的支持；Wenna Guo还报告获得了河南省科技部的支持；Hongtao Liu、Tianli Fan和Yue Xu报告获得了河南省科技部的支持。如果有其他作者，