MPC1缺陷通过Wnt/β-连环蛋白信号通路促进黑色素瘤的进展

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：MPC1 deficiency promotes melanoma progression via Wnt/β-catenin signaling

MPC1通过抑制DKK3激活Wnt/β-catenin通路促进黑素瘤转移，靶向该轴或成新疗法。

　　

作者：朱青、赵茂、郭伟南、王慧娜

中国陕西省西安市第四军医大学西京医院皮肤科，邮编710032

摘要

黑色素瘤是最具侵袭性和致命性的皮肤癌类型，具有高度的转移潜能。阐明其进展的机制对于开发有效的治疗方法至关重要。线粒体丙酮酸载体1（MPC1）在连接糖酵解和氧化磷酸化过程中起着关键作用，该蛋白也被认为与多种癌症的发病机制有关，但其在中枢黑色素瘤进展中的具体作用仍不明确。本研究发现在黑色素瘤细胞系和组织中，MPC1的表达水平显著低于对照组，且在转移阶段这种差异更为明显。功能研究表明，MPC1的缺乏会增强黑色素瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力（体外实验），并促进黑色素瘤的转移（体内实验）。通过RNA测序和后续功能研究，我们发现MPC1通过调控DKK3（一种关键的Wnt信号通路抑制剂）来抑制Wnt/β-连环蛋白通路的激活。此外，药理学抑制Wnt/β-连环蛋白信号通路可以消除MPC1敲低所引起的促肿瘤效应（无论是体外还是体内实验）。综上所述，MPC1的缺乏通过Wnt/β-连环蛋白信号通路促进黑色素瘤的进展，这一过程与DKK3的调控密切相关。针对MPC1-Wnt/β-连环蛋白轴可能成为治疗晚期黑色素瘤的新策略。

引言

黑色素瘤是一种起源于黑色素细胞的恶性肿瘤，由于其高度侵袭性和早期转移倾向，对全球健康构成了重大威胁。黑色素瘤的临床分期对于判断生存率至关重要。早期阶段（肿瘤厚度小于2毫米且无淋巴结转移）患者的五年生存率接近100%，但一旦出现淋巴结侵犯或远处转移，生存率会急剧下降至17%–38%[1]。先前的研究表明，包括MAPK、PI3K/Akt和Wnt/β-连环蛋白在内的多个关键信号通路共同参与了黑色素瘤的进展[2]。然而，驱动黑色素瘤发生和转移的复杂机制仍远未完全阐明。

肿瘤的进展和转移依赖于持续的能量供应和代谢适应，癌细胞会在糖酵解和氧化磷酸化（OXPHOS）之间切换以满足能量需求并适应微环境压力[3, [4], [5]]。线粒体丙酮酸载体（MPC）是由MPC1和MPC2亚基组成的异源复合物，负责调控丙酮酸进入线粒体基质的过程，从而将细胞质中的糖酵解与线粒体氧化磷酸化联系起来[6]。MPC活性的丧失会降低线粒体中对丙酮酸的氧化，导致代谢向糖酵解方向转变，这与肿瘤生长、干性增强及治疗抵抗性增加有关[7]。多项研究指出，MPC1的失调与多种癌症的代谢重编程、肿瘤生长和转移加剧有关[8, [9], [10]]。例如，在胃癌中，MPC1表达下调与肿瘤晚期、淋巴结转移和生存率降低相关[11]；肝细胞癌中MPC1的缺乏通过激活STAT3通路促进细胞增殖和迁移[12]。这些证据强烈表明，MPC1可能作为一种代谢调节因子，其缺失会促进有利于转移的生物学特征。然而，MPC1是否参与黑色素瘤的生长和转移及其具体机制仍不清楚。

Wnt/β-连环蛋白信号通路是一种在胚胎发育、组织稳态和再生中起关键作用的保守信号通路，常与癌症的发生、进展和转移相关。在黑色素瘤中，经典的Wnt/β-连环蛋白信号通路通过上调MITF和c-Myc等致癌基因来促进恶性表型的形成[13,14]。此外，β-连环蛋白在肿瘤向淋巴结和肺部的转移过程中起着核心作用，这一点在携带BRAF突变和PTEN缺失的转基因黑色素瘤模型中得到了证实[15]。尽管取得了这些进展，但调控Wnt/β-连环蛋白信号通路的上游机制，尤其是其与代谢分子的关系，仍不完全清楚。

本研究通过生物信息学分析、免疫印迹和qRT-PCR实验发现，黑色素瘤组织或细胞系中的MPC1表达水平显著低于痣或正常黑色素细胞，且在转移阶段这种差异更为明显。功能实验表明，MPC1的缺乏会增强黑色素瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力（体外实验），并促进肿瘤转移（体内实验）。通过整合RNA测序和 rescue 实验，我们证实MPC1的缺乏通过抑制DKK3来激活Wnt/β-连环蛋白信号通路，从而驱动促肿瘤表型的形成。综上所述，MPC1在黑色素瘤中具有肿瘤抑制作用，这种作用是通过DKK3介导的Wnt/β-连环蛋白信号通路抑制实现的。恢复MPC1的表达可能成为治疗晚期黑色素瘤的新策略。

研究数据来源

我们分析了来自癌症基因组图谱（TCGA）皮肤黑色素瘤（SKCM）数据库的388个黑色素瘤样本中的MPC1 mRNA表达情况（http://gdac.broadinstitute.org/）。黑色素瘤标本的RNA表达数据集（GSE46517和GSE3189）从基因表达组学数据库（Gene Expression Omnibus）下载（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo）。使用Mann-Whitney U检验比较了两组之间的MPC1表达差异。

细胞培养

我们使用了人类黑色素瘤细胞系（A375、A2058、WM35、451Lu）和小鼠黑色素瘤B16F10细胞

黑色素瘤中MPC1表达显著下调

为了研究MPC1表达与黑色素瘤发生和转移之间的潜在关联，我们分析了人类原代黑色素细胞（NHEM）以及五种黑色素瘤细胞系（包括水平生长阶段的WM35细胞系和转移性细胞系A2058、UACC62、451Lu、A375）中的MPC1表达情况。Western印迹和qRT-PCR实验结果显示，与NHEM相比，黑色素瘤细胞中的MPC1在mRNA和蛋白质水平上均显著下调（图1A和B）。

讨论

黑色素瘤的生长和转移高度依赖于线粒体代谢，后者为肿瘤细胞的快速增殖和侵袭提供所需的生物合成前体和能量[16]。研究表明，具有高转移潜能的黑色素瘤细胞通常表现出Warburg效应，即丙酮酸不进入线粒体三羧酸循环，而是在细胞质中转化为乳酸，从而决定了能量的产生方式

作者贡献声明

朱青：撰写初稿、软件开发、项目管理。赵茂：项目管理。郭伟南：撰写、审稿与编辑、监督、资金获取、数据管理、概念构思。王慧娜：撰写、审稿与编辑、监督、方法设计、实验实施、数据管理、概念构思。

资金来源

本研究得到了西京医院创新研究院联合资助项目（LHJJ24JH21）的支持。

利益冲突声明

作者声明：本文所述工作未受到任何利益冲突或个人关系的影响。