《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》：Reprogramming the tumor microenvironment: methylmalonic acid at the intersection of ccRCC metabolism and macrophage polarization
编辑推荐：
为解决肿瘤微环境(TME)重塑促进肾透明细胞癌(ccRCC)进展的机制问题，Miao等研究人员聚焦于代谢重编程，揭示了此前未受重视的“致癌代谢物”甲基丙二酸(MMA)如何通过甲基丙二酰化修饰USP36，激活Hedgehog通路，同时驱动ccRCC细胞增殖与巨噬细胞向M2表型极化，最终释放VEGFA、MMP9等促瘤因子。该研究的意义在于阐明了代谢物调控肿瘤免疫微环境的新机制，并提出了低支链氨基酸(BCAA)饮食和MC3138抑制剂两种靶向MMA的潜在治疗策略。
肾透明细胞癌（clear-cell renal cell carcinoma, ccRCC）因其癌细胞胞质内充满透明的脂滴而得名，这种独特的形态特征早已暗示其背后不寻常的代谢故事。如今，ccRCC已被广泛认为是一种“代谢性疾病”。在肿瘤内部，癌细胞的代谢网络发生了根本性的重编程：它们贪婪地摄取葡萄糖进行糖酵解（即著名的“瓦博格效应”），同时却“怠工”三羧酸循环（TCA cycle）和脂肪酸氧化。这一切混乱的代谢活动，不仅是为了满足癌细胞自身的快速生长需求，更会产生一些异常的代谢废物。其中一些代谢废物并非无害的副产品，它们摇身一变，成为驱动肿瘤发展的“帮凶”——也就是科学家们口中的“致癌代谢物”（oncometabolite）。过去，我们熟知的致癌代谢物包括延胡索酸、琥珀酸和2-羟基戊二酸等。那么，在ccRCC这片独特的代谢荒漠中，是否还隐藏着未被发现的“关键角色”？它又是如何搅动肿瘤内部的生态环境，即肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME），从而帮助肿瘤茁壮成长并抵抗治疗的呢？这正是Miao D, Shi J, Tan D等研究人员在《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》杂志上发表的最新研究试图解答的核心问题。
研究人员综合利用了多种关键实验技术来探索这一科学问题。研究首先通过对来自患者的配对的ccRCC肿瘤组织和癌旁组织进行代谢组学分析，锁定了目标代谢物。在机制探索层面，研究采用了RNA测序（RNA-seq）、免疫共沉淀（Co-IP）、蛋白质印迹（Western blot）、荧光素酶报告基因检测以及点突变构建等一系列分子与细胞生物学技术，以阐明信号通路。在功能验证方面，研究在体外进行了细胞增殖、迁移和侵袭实验，并在体内使用了小鼠异种移植瘤模型来评估肿瘤生长和转移。此外，研究还通过流式细胞术和免疫荧光等技术分析了巨噬细胞的极化状态。样本队列包括了来自患者的肿瘤组织以及多种ccRCC细胞系。
研究结果分为几个关键部分，系统阐述了从现象到机制再到干预的完整故事。
From metabolic debris to oncometabolite
研究发现，在ccRCC患者和细胞中，负责代谢甲基丙二酸（methylmalonic acid, MMA）的关键线粒体酶——甲基丙二酰辅酶A变位酶（methylmalonyl-CoA mutase, MMUT）的表达水平经常性降低。这直接导致MMA在肿瘤组织以及患者血液循环中显著积累。更重要的是，在患者接受肾切除手术后，其血液中的MMA水平急剧下降，强烈暗示MMA的积累与肿瘤的存在密切相关，而非偶然现象。MMA并非简单的代谢垃圾，它表现出了典型致癌代谢物的特征：能够以剂量依赖的方式促进癌细胞的增殖、迁移和侵袭。此前的研究也已揭示，MMA可以通过激活TGFβ信号通路、诱导肿瘤相关成纤维细胞活化、甚至导致CD8+T细胞耗竭来抑制抗肿瘤免疫，重塑肿瘤微环境。本研究则在此基础上，进一步揭示了MMA在ccRCC中一个全新的、核心的作用机制。
Novel mechanistic findings: a methylmalonylated switch in Hedgehog signaling
这部分是研究的核心发现。Miao等人的研究揭示，MMA促进肿瘤进展的关键机制在于一种新型的蛋白质翻译后修饰——甲基丙二酰化（methylmalonylation）。具体而言，MMA会修饰一种名为USP36的去泛素化酶，在其第499位赖氨酸（K499）上添加一个甲基丙二酰基团。这种修饰抑制了USP36的酶活性。USP36功能的受损，打破了对Hedgehog信号通路关键抑制蛋白SUFU的泛素化与SUMO化修饰的平衡，导致SUFU更多地被泛素化并随后被蛋白酶体降解。随着“刹车”SUFU被移除，转录因子GLI1获得释放，从而持续激活Hedgehog信号通路。这条被异常激活的通路一方面直接驱动ccRCC细胞的恶性表型，另一方面，细胞外累积的MMA还能通过激活肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage）中的GLI1/Hedgehog信号，推动这些免疫细胞极化为具有促肿瘤作用的M2表型。M2型巨噬细胞随后分泌血管内皮生长因子A（VEGFA）和基质金属蛋白酶9（MMP9）等因子，进一步滋养肿瘤生长并破坏周围组织，形成恶性循环。
Turning metabolism against the tumor
基于上述机制，研究人员提出了两种极具转化潜力的干预策略。第一种是饮食干预。受到甲基丙二酸血症患者临床饮食管理的启发，研究人员给荷瘤小鼠喂食低支链氨基酸（branched-chain amino acid, BCAA）的饮食。由于BCAA是MMA合成的前体，这种饮食成功地降低了小鼠体内的MMA水平。令人振奋的是，这种简单的饮食调整就能有效抑制肿瘤生长、减少肺转移，并限制肿瘤内M2型巨噬细胞的浸润。第二种是药物干预。研究人员使用了一种能够阻断甲基丙二酰化的小分子化合物MC3138。在动物实验中，MC3138同样显示出抑制肿瘤进展的效果，且与低BCAA饮食联用可能效果更佳。
研究结论与意义
本研究清晰地证明，ccRCC是一种根植于代谢异常的疾病。MMA作为一种此前被忽视的致癌代谢物，通过甲基丙二酰化修饰USP36这一新颖机制，成为连接ccRCC细胞内在代谢缺陷与外部免疫微环境重塑的关键桥梁。它同时激活了癌细胞和巨噬细胞中的Hedgehog/GLI1轴，创建了一个自我放大的促肿瘤信号环路。这项研究的重大意义在于：首先，在科学上，它首次将甲基丙二酰化确立为一种能够调控去泛素化酶活性的重要翻译后修饰，丰富了我们对代谢物如何作为信号分子直接调控细胞功能的理解。其次，在转化医学上，它提出了两种直接靶向MMA的、具有高度可行性的治疗新策略——低BCAA饮食和MC3138抑制剂。这为目前治疗选择有限、易产生耐药的晚期ccRCC患者提供了全新的潜在治疗思路，尤其是饮食干预，作为一种相对安全、可及的辅助治疗手段，具有广阔的临床前景。最后，该研究再次强调了“代谢重编程”在肿瘤发生发展中的核心地位，提示针对肿瘤特异性代谢脆弱性的“代谢去调谐”（metabolic detuning）策略，有望与现有的免疫检查点抑制剂或抗血管生成药物联合，形成更有效的组合疗法。当然，将低BCAA饮食应用于已存在代谢和肌肉并发症的肾癌患者，以及MC3138在人体内的药代动力学和安全性，仍需进一步的临床研究来验证。
