《Redox Biology》：XPR1 downregulation inhibits hepatocellular carcinoma progression by suppressing serine metabolism
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本研究针对肝细胞癌（HCC）治疗靶点匮乏的临床难题，揭示了XPR1下调通过抑制转录因子MNX1介导的PHGDH表达，破坏丝氨酸代谢稳态，诱导线粒体损伤和DNA损伤（γH2AX标记），从而抑制HCC进展。该发现不仅阐明了XPR1-MNX1-PHGDH轴在HCC中的关键作用，更为靶向丝氨酸代谢的HCC治疗策略提供了理论依据。
肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）是全球范围内发病率和死亡率极高的恶性肿瘤，尤其在中国等亚洲国家负担沉重。尽管近年来靶向治疗和免疫治疗取得了一定进展，但患者总体预后仍不理想，耐药性问题突出。因此，深入探索HCC发生发展的新机制，寻找新的有效治疗靶点，成为当前肝癌研究领域的迫切需求。
以往研究发现，异嗜性兼多嗜性逆转录病毒受体1（Xenotropic and Polytropic Retrovirus Receptor 1, XPR1）在多种肿瘤中高表达，并与不良预后相关，提示其可能是一个潜在的癌基因。然而，XPR1在HCC中的具体作用机制，特别是它是否以及如何影响肿瘤细胞的代谢重编程，尚不明确。研究团队前期工作已证实XPR1在HCC中高表达，且其敲低会导致线粒体功能障碍，这暗示XPR1可能通过调控细胞代谢影响HCC的恶性进展。代谢重编程是肿瘤的典型特征之一，其中，氨基酸代谢，特别是丝氨酸（serine）代谢，在维持肿瘤细胞快速增殖、氧化还原平衡（NADH/NAD+, NADPH/NADP+, GSH/GSSG）等方面扮演关键角色。磷酸甘油酸脱氢酶（Phosphoglycerate Dehydrogenase, PHGDH）是丝氨酸从头合成通路的第一个限速酶，其表达和活性在多种癌症中异常升高。但XPR1是否通过调控丝氨酸代谢影响HCC，以及其中的具体分子通路，仍有待揭示。
为了回答上述问题，南昌大学研究团队在《Redox Biology》上发表了他们的最新研究成果。他们综合利用代谢组学、转录组学分析，并结合体外细胞实验和体内动物模型，系统深入地阐释了XPR1在HCC中调控丝氨酸代谢的全新分子机制。
研究人员为开展此项研究，主要应用了以下几项关键技术方法：利用慢病毒包装的shRNA在Huh7和HLF这两种HCC细胞系中实现XPR1的稳定敲低；通过非靶向代谢组学（LC-MS/MS）和转录组学（RNA-seq）分析筛选XPR1敲低后的差异代谢物和基因；采用染色质免疫共沉淀（ChIP）和双荧光素酶报告基因实验验证转录因子MNX1与PHGDH启动子的直接结合；通过体外功能实验（CCK-8, EdU, 流式细胞术检测凋亡, Transwell, 伤口愈合, 集落形成）评估细胞增殖、凋亡、迁移、侵袭等恶性表型；并利用裸鼠皮下移植瘤模型进行体内验证。临床样本分析数据来源于公共数据库。
3.1. XPR1敲低抑制HCC细胞中的丝氨酸代谢
通过ENCORI数据库分析，研究人员首先确认XPR1在HCC组织中表达显著高于癌旁组织。对XPR1稳定敲低的Huh7细胞进行多组学分析发现，其细胞内L-丝氨酸水平显著降低，且丝氨酸代谢通路相关基因表达下调，其中PHGDH的mRNA和蛋白水平下降最为明显。这一现象在Huh7和HLF两株细胞中均得到验证，表明XPR1敲低确实抑制了HCC细胞的丝氨酸代谢。
3.2. 恢复PHGDH表达可缓解XPR1敲低引起的丝氨酸代谢障碍
为了验证PHGDH在XPR1下游的功能，研究者在XPR1敲低的Huh7和HLF细胞中重新导入PHGDH。结果显示，PHGDH的回补不仅恢复了其酶活性，还显著提升了细胞内丝氨酸水平。更重要的是，PHGDH的恢复有效改善了氧化还原平衡（提高NADH/NAD+、NADPH/NADP+、GSH/GSSG比值，降低活性氧ROS水平），减少了DNA损伤标志物γH2AX的表达，并逆转了XPR1敲低导致的线粒体碎片化。
3.3. 恢复PHGDH表达可逆转XPR1敲低对HCC进展相关细胞行为的抑制作用
功能实验表明，在XPR1敲低的HCC细胞中恢复PHGDH表达，能够显著挽救其受损的细胞增殖能力（CCK-8, EdU实验）、克隆形成能力，并减少细胞凋亡，同时增强细胞的迁移和侵袭能力。这证明XPR1敲低通过抑制PHGDH介导的丝氨酸代谢，从而抑制HCC细胞的恶性生物学行为。
3.4. MNX1结合PHGDH启动子调控其转录
机制探索方面，转录组学数据和生物信息学分析提示，转录因子MNX1可能是PHGDH的上游调控因子。实验证实，XPR1敲低同样降低了MNX1的表达。ChIP和双荧光素酶报告基因实验证明，MNX1能够直接结合PHGDH基因启动子区的特定序列，并激活其转录。在XPR1敲低的细胞中恢复MNX1表达，可以成功挽救PHGDH的表达水平。
3.5. 恢复MNX1表达可缓解XPR1敲低对丝氨酸代谢的抑制
与恢复PHGDH的效果类似，在XPR1敲低的HCC细胞中恢复MNX1表达，也能有效提升PHGDH酶活性、细胞内丝氨酸水平，改善氧化还原稳态，减轻DNA损伤和线粒体断裂。
3.6. 恢复MNX1表达可逆转XPR1敲低对HCC进展相关细胞行为的抑制作用
同样，恢复MNX1表达也能显著逆转XPR1敲低对HCC细胞增殖、凋亡、迁移、侵袭和克隆形成能力的抑制作用，其效果与直接恢复PHGDH相当。这表明MNX1位于PHGDH上游，介导了XPR1对丝氨酸代谢和HCC恶性表型的调控。
3.7. 体内实验证实恢复PHGDH表达可减轻XPR1敲低对HCC细胞生长的抑制
最后，体内动物实验进一步验证了上述发现。在裸鼠皮下移植瘤模型中，与对照组相比，XPR1敲低组的肿瘤生长受到显著抑制。而在XPR1敲低的同时恢复PHGDH表达，则能明显促进肿瘤生长，增加肿瘤重量。对肿瘤组织的分析显示，PHGDH恢复组的肿瘤内丝氨酸水平升高，增殖标志物Ki67表达增加，而DNA损伤标志物γH2AX表达下降，电镜观察也发现线粒体形态得到改善。
本研究得出结论：XPR1在HCC中通过调控转录因子MNX1的表达，进而影响其下游靶基因PHGDH的转录活性和酶活性，最终调节细胞内丝氨酸代谢水平。XPR1-MNX1-PHGDH轴的正常运行对于维持HCC细胞的氧化还原平衡、基因组稳定性和线粒体功能至关重要，该通路的破坏会显著抑制HCC的进展。讨论部分指出，该研究首次揭示了XPR1在HCC丝氨酸代谢中的关键作用，并发现了MNX1作为PHGDH新型转录调控因子的功能，深化了对HCC代谢异常的理解。虽然XPR1下调MNX1的具体上游机制、PHGDH催化功能的具体贡献以及XPR1靶向药物的开发仍是未来需要解决的问题，但本研究无疑为将XPR1-MNX1-PHGDH轴作为HCC潜在治疗靶点提供了强有力的实验证据和理论支持，具有重要的科学意义和临床转化潜力。
