《SCIENCE ADVANCES》：Lactate derived from cancer-associated fibroblasts promotes alternative splicing and castration resistance in prostate cancer
编辑推荐：
本研究针对前列腺癌(PCa)患者接受雄激素剥夺疗法(ADT)后产生耐药性（如恩杂鲁胺/ENZ耐药）这一临床难题，揭示了APCDD1+癌症相关成纤维细胞(A+CAFs)通过PI3K/AKT/HIF-1α轴代谢重编程分泌乳酸，乳酸被肿瘤细胞摄取后诱导剪接体核心组分SNRPA发生K123位点乳酸化，进而增强其识别顺式作用元件和染色质结合能力，促进雄激素受体(AR)可变剪接产生AR-V7，最终导致去势抵抗。该发现不仅阐明了代谢物-表观遗传交叉对话的新机制，更为克服ENZ耐药提供了靶向乳酸转运体(MCT)的联合治疗新策略。
在男性泌尿生殖系统肿瘤中，前列腺癌占据着重要地位。对于晚期患者，雄激素剥夺疗法(ADT)是标准治疗手段，然而，绝大多数患者最终会进展为去势抵抗性前列腺癌(CRPC)，导致治疗失败。恩杂鲁胺(ENZ)等新型抗雄激素药物的出现一度带来希望，但耐药问题依然是悬在患者头上的“达摩克利斯之剑”。AR剪接变异体AR-V7的表达被认为是导致CRPC和ENZ耐药的关键机制之一，但其在肿瘤微环境(TME)中的上游调控因素仍不明确。传统观点认为，肿瘤细胞自身的高糖酵解活性（瓦博格效应）是肿瘤微环境中乳酸的主要来源。然而，在前列腺癌这种糖酵解活性相对较低的肿瘤中，基质细胞，特别是癌症相关成纤维细胞(CAFs)的作用日益受到关注，即所谓的“逆向瓦博格效应”。那么，在ADT压力下，肿瘤微环境中是否存在特定的CAF亚群？它们是否通过代谢重编程影响肿瘤细胞的命运？其背后的分子机制又是什么？为了解决这些问题，研究人员在《SCIENCE ADVANCES》上发表了他们的研究成果。
为了回答上述问题，研究人员综合运用了多种关键技术方法。研究队列包括来自患者的激素敏感性前列腺癌(HSPC)和去势抵抗性前列腺癌(CRPC)组织样本（如SYSUCC-PC队列）。关键技术包括：单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析ENZ耐药前后肿瘤微环境的细胞群体变化；流式细胞术分选特定CAF亚群（APCDD1+CAFs）；体外共培养模型、患者来源类器官(PDOs)和小鼠体内模型验证CAF功能；代谢组学（非靶向和靶向）分析条件培养基中的代谢物；乳酸化修饰组学鉴定乳酸化靶点；蛋白质免疫共沉淀(Co-IP)、染色质免疫共沉淀(ChIP)、RNA免疫共沉淀(RIP)等分子互作和功能验证实验。
单细胞RNA测序揭示ENZ耐药后的细胞群体变化
通过对ENZ初治和ENZ耐药配对的PCa患者组织进行scRNA-seq分析，研究人员发现获得ENZ耐药后，肿瘤微环境中的成纤维细胞群体发生了显著扩增和重构。进一步将成纤维细胞重聚类为10个亚群后，发现c4亚群在ENZ耐药组织中比例显著增加。该亚群特异性高表达APCDD1，被定义为APCDD1+CAFs (A+CAFs)，并具有血管性CAFs(vCAFs)的特征。免疫荧光染色证实CRPC组织中APCDD1+COL1A1+的CAFs数量显著多于HSPC组织，且A+CAFs高丰度与患者的不良预后相关。
A+CAFs诱导癌细胞AR-V7表达和ENZ耐药
通过流式分选获得A+CAFs和APCDD1-CAFs (A-CAFs)后，功能实验表明，与A-CAFs间接共培养或使用其条件培养基(A+CTM)处理，能显著增强前列腺癌细胞在ENZ存在下的克隆形成能力和细胞活力，并在小鼠体内模型中促进肿瘤生长。RNA测序分析提示A+CTM处理富集了RNA剪接相关通路。进一步实验证实A+CTM能诱导AR-V7的表达，而使用AR-V7蛋白降解靶向嵌合体(PROTAC)降解AR-V7可逆转A+CAFs介导的ENZ耐药。
A+CAFs上调微环境中乳酸以调控AR-V7表达和ENZ耐药
排除了蛋白质、核酸等大分子的作用后，代谢组学分析发现A+CTM中乳酸等糖酵解相关代谢物显著富集，且A+CAFs自身乳酸分泌水平最高。外源性乳酸处理能够模拟A+CTM的效果，诱导AR-V7表达并促进体外、类器官和小鼠体内的ENZ耐药。频繁更换共培养体系中的培养基以降低乳酸浓度，则可恢复癌细胞对ENZ的敏感性。
微环境中的乳酸通过SNRPA乳酸化调控AR剪接和ADT耐药
乳酸处理虽能增强癌细胞的氧化磷酸化(OXPHOS)，但抑制OXPHOS并不能逆转ENZ耐药或AR-V7表达，表明乳酸的作用不依赖于能量供应。进一步研究发现，A+CTM或乳酸处理能显著上调癌细胞整体的蛋白质乳酸化修饰水平，而非其他常见翻译后修饰。乳酸化修饰组学筛选发现剪接体核心组分小核核糖核蛋白多肽A(SNRPA)是差异最显著的乳酸化蛋白之一。干扰SNRPA可逆转乳酸或A+CTM诱导的ENZ耐药和AR-V7表达。
SNRPA的K123乳酸化通过增强RNA和染色质结合调控AR剪接和ENZ耐药
质谱分析和点突变实验证实SNRPA的第123位赖氨酸(K123)是其关键的乳酸化位点。与野生型(WT)相比，表达乳酸化缺陷突变体(SNRPA K123R)的癌细胞在乳酸处理后，其AR通路基因富集程度、AR-V7表达水平以及ENZ耐药性均显著降低。机制上，乳酸化增强了SNRPA与AR前体mRNA中外显子剪接增强子 motif (ESEm)的结合能力，并促进了SNRPA和RNA聚合酶II(Pol II)在AR基因特定区域（如外显子3/3B和4附近）的染色质募集，从而调控AR的可变剪接。研究还发现氨酰tRNA合成酶1(AARS1)是催化SNRPA K123乳酸化的乳酸转移酶。
ENZ通过PI3K/AKT/HIF-1α轴诱导A+CAFs产生乳酸微环境
转录组分析显示，ENZ处理能上调A+CAFs中的PI3K/AKT信号通路、缺氧诱导因子1α(HIF-1α)和糖酵解通路。抑制PI3K/AKT信号或胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)可下调HIF-1α及其下游靶点乳酸脱氢酶A(LDHA)的表达，减少乳酸分泌，并逆转A+CAFs条件培养基诱导的ENZ耐药。
靶向TME中的乳酸转运克服ENZ耐药
临床样本分析显示，CRPC组织中癌细胞单羧酸转运蛋白1(MCT1)和CAFs中MCT4的表达均高于HSPC组织，且高表达与患者不良预后相关。使用MCT1/MCT4双抑制剂7ACC1或敲低A+CAFs中的LDHA，均可有效抑制乳酸穿梭，逆转A+CAFs介导的ENZ耐药，在体外和小鼠体内模型中证实了靶向乳酸代谢的 therapeutic potential。
本研究揭示了一个从ADT治疗压力到CRPC发展的代谢-表观遗传调控轴：ADT通过激活A+CAFs中的IGF1R/PI3K/AKT/mTOR/HIF-1α信号轴，上调LDHA表达，促进乳酸生成并分泌到微环境中。癌细胞通过MCTs摄取乳酸，乳酸进而诱导剪接体成分SNRPA发生AARS1介导的K123乳酸化。SNRPA的乳酸化增强了其与pre-mRNA顺式元件的识别能力和染色质结合，从而促进AR基因的可变剪接，产生缺乏配体结合域的组成型活性变异体AR-V7，最终导致对ENZ等AR靶向药物的耐药。这项研究的重要意义在于：首先，它阐明了肿瘤微环境中基质细胞来源的代谢物如何通过调控剪接体的翻译后修饰，深刻影响肿瘤细胞的转录后调控和药物反应，深化了对“逆向瓦博格效应”功能后果的理解。其次，研究首次将乳酸化修饰与重要的临床耐药问题——AR-V7介导的CRPC联系起来，揭示了代谢与表观遗传交叉对话的新层面。最后，研究提出了靶向乳酸转运体（MCTs）作为克服ENZ耐药的有效策略，为临床开发联合治疗方案提供了坚实的理论基础和 preclinical evidence，具有重要的转化医学价值。
