《Advanced Science》：Decoding the Integrated Stress Response of Pancreatic Cancer: Identifying a Serine-dependent Tumor Subset Under Metabolic Relationships With CAFs.
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本研究通过翻译组学分析识别出一种新的胰腺导管腺癌（PDA）肿瘤亚群，其蛋白质合成整体降低但综合应激反应（ISR）通路相关mRNA（如ATF4）的翻译持续活跃。这些ISR激活的癌细胞具有广泛的化疗耐药性和凋亡抵抗性，但因其丝氨酸生物合成途径受损而依赖于外源丝氨酸。该代谢脆弱性与患者体内两种关键酶（PHGDH和CBS）低表达所带来的更好总体生存率相关。研究进一步揭示了癌症相关成纤维细胞（CAFs）被ISR激活的癌细胞重编程，通过减少胶原合成及甘氨酸向丝氨酸的转换，转而分泌丝氨酸以支持肿瘤在氨基酸匮乏环境中的生长。这项工作凸显了翻译组学在揭示胰腺癌耐药细胞状态方面的能力，并确定了一种可靶向的CAF-肿瘤代谢共生关系，为该高致死性恶性肿瘤的治疗干预开辟了新途径。
引言：胰腺癌治疗的挑战与翻译组学的新视角
胰腺导管腺癌（Pancreatic Ductal Adenocarcinoma， PDA）是工业化国家癌症相关死亡的第四大原因，五年生存率低于10%，预后极差。这主要归因于诊断通常较晚（多已转移）以及患者对一线化疗（如吉西他滨/白蛋白结合型紫杉醇和FOLFIRINOX方案）的反应有限。尽管转录组学分析已将PDA肿瘤分为具有预后价值的分子亚型（如基底样型和经典型），但仍缺乏能够有效指导患者特异性一线治疗的预测性标志物。蛋白质合成作为基因表达中一个关键且常失调的步骤，其调控可能揭示更深层的肿瘤异质性。本研究假设，对翻译效率（Translational Efficiency， TE）的分析，即对特定mRNA翻译活跃程度的量化，能够超越转录组分析，揭示PDA中新的生物学变异层，并优化患者分层策略。
结果部分
翻译组学为基础的PDA亚型分型
研究团队对27例胰腺癌患者来源的异种移植瘤（Patient-Derived Xenograft， PDX）样本进行了翻译组学分析，该方法旨在捕获与三个以上核糖体结合的高效翻译mRNA。通过独立成分分析（Independent Component Analysis， ICA），他们识别出一个独特的肿瘤亚群，其特征是整体蛋白质合成速率较低，但一系列与综合应激反应（Integrated Stress Response， ISR）相关的mRNA（包括关键转录因子ATF4、ATF5和JUN）的翻译效率显著提高。这一特征与已知的转录组学亚型（基底样型/经典型）无关，定义了一个新的“ISR激活”型PDA亚群。该亚群的翻译图谱与ISR激活状态一致，即在全局翻译受抑制的同时，特定应激反应mRNA的翻译被选择性激活。
ISR激活细胞的翻译特性与表型
从PDX模型衍生出的原代细胞培养物中，研究人员选择了代表ISR高（017T）和低（003T）的细胞进行深入表征。ISR高细胞（如017T和AsPC-1）表现出ATF4蛋白表达水平升高和eIF2α磷酸化增强，这是ISR激活的标志。这些细胞的全局蛋白质合成速率降低，但ATF4 mRNA的翻译效率却显著提升。使用ISR抑制剂ISRIB处理，可以逆转ISR激活细胞的蛋白质合成抑制并降低ATF4水平，进一步证实了其ISR激活表型。重要的是，这种表型在体外培养条件下（营养和氧气供应充足）依然稳定存在。
ISR激活细胞对化疗和凋亡的抵抗
功能实验表明，ISR激活的癌细胞对多种凋亡诱导剂和一线化疗药物（如吉西他滨、白蛋白结合型紫杉醇及其组合）表现出显著的抵抗性。例如，尽管化疗药物能引发DNA损伤（表现为γH2AX磷酸化），但并未在ISR激活细胞中引发显著的凋亡（如PARP裂解）。这种抵抗性与它们对特定应激（如内质网应激诱导剂衣霉素）的非典型反应有关，其ATF4的诱导程度减弱且不伴随显著的凋亡信号。
eIF2α低丰度非表型主因，自噬非必需
尽管ISR激活细胞组成性表达高水平的ATF4，但它们对ATF4-CHOP介导的凋亡程序反应不完整，例如对自噬抑制剂氯喹和氨基酸饥饿诱导的凋亡具有抵抗性。通过过表达eIF2α或ATF4，发现高ATF4表达更多是细胞表型的结果而非原因，因为过表达并不能完全重现或逆转ISR激活细胞的代谢和耐药表型。
ISR激活细胞的丝氨酸代谢受损
研究揭示了ISR激活细胞的一个关键代谢弱点：丝氨酸营养缺陷症。在仅含必需氨基酸（Essential Amino Acids， EAA）的培养基中，这些细胞的生长严重受限，ATF4表达持续升高。补充非必需氨基酸（Non-Essential Amino Acids， NEAA）或单独补充丝氨酸，即可恢复其蛋白质合成和细胞生长。深入机制研究发现，丝氨酸生物合成途径（Serine Biosynthesis Pathway， SSP）中的限速酶磷酸甘油酸脱氢酶（Phosphoglycerate Dehydrogenase， PHGDH）在ISR激活细胞中的表达显著降低，导致内源性丝氨酸合成受阻。使用PHGDH抑制剂处理会在“翻译参照”细胞中强烈诱导ATF4表达，但对本身缺乏PHGDH的ISR激活细胞无影响。DNA甲基化分析显示，PHGDH基因的甲基化可能是其表达沉默的原因，因为去甲基化药物5-氮杂胞苷能恢复其表达。
转硫途径重编程限制了丝氨酸消耗
丝氨酸不仅是SSP的产物，也是转硫途径（Transsulfuration Pathway， TSS）的底物，用于合成半胱氨酸和谷胱甘肽以对抗活性氧（Reactive Oxygen Species， ROS）。研究进一步发现，ISR激活细胞中胱硫醚β-合酶（Cystathionine Beta-Synthase， CBS）的表达和活性也显著下调，导致转硫途径的第一步受阻。因此，这些细胞不仅无法合成丝氨酸，也无法利用丝氨酸合成半胱氨酸，形成了对丝氨酸和半胱氨酸的双重营养缺陷。有趣的是，ISR激活细胞的基线ROS水平反而较低，且抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸不能改善其生长，表明其生存不依赖于TSS途径的抗氧化功能，而是更加依赖外源摄取半胱氨酸。抑制半胱氨酸摄取可诱导ATF4表达并抑制细胞生长。
PHGDH和CBS缺失是ISR激活细胞的标志
通过分析癌症细胞系百科全书（Cancer Cell Line Encyclopedia， CCLE）数据库，研究人员发现了其他具有类似PHGDH和CBS低表达模式的胰腺癌细胞系（如PATU 8902）。这些细胞同样表现出ISR激活表型、丝氨酸依赖性和化疗耐药性。在两个独立的患者队列中，PHGDH和CBS低表达的胰腺癌患者显示出更好的总体生存率，这进一步支持了这两个酶作为ISR激活表型潜在生物标志物和预后指标的价值。
特定CAFs在丝氨酸匮乏环境中支持ISR激活细胞生长
面对肿瘤微环境中严峻的营养匮乏，这些丝氨酸缺陷型癌细胞如何生存？免疫组化分析显示，在ISR激活的肿瘤中，癌细胞本身PHGDH表达缺失，但肿瘤基质细胞（特别是αSMA阳性的癌症相关成纤维细胞， CAFs）却高表达PHGDH。共培养实验发现，并非所有CAFs都能支持ISR激活细胞（如PATU 8902）在缺乏丝氨酸的培养基中生长。那些能够支持其生长的CAFs（如CAF #2和#3）能够分泌丝氨酸和甘氨酸。机制上，ISR激活癌细胞释放的信号因子能够重编程CAFs，使其从高表达胶原、具有收缩表型的肌成纤维细胞样CAF（myCAF）向低表达胶原、更多分泌炎症因子的炎症性CAF（iCAF）表型转变。这种转变减少了CAFs合成胶原对甘氨酸的巨大消耗，从而可能使更多的丝氨酸得以积累并分泌到微环境中，供癌细胞摄取利用。使用PHGDH抑制剂NCT503或丝氨酸转运体抑制剂Lu AE00527处理CAFs，均能阻断其对ISR激活癌细胞的生长支持作用，证实了这一代谢共生关系的功能性。
结论与展望
本研究通过翻译组学分析揭示了一类新的、具有高度化疗耐药性的PDA肿瘤亚群——ISR激活型癌细胞。该亚群的特征是全局翻译抑制与ISR通路选择性激活并存，并因PHGDH和CBS表达缺失而表现出独特的丝氨酸和半胱氨酸双重营养缺陷。这一代谢脆弱性反而驱动了肿瘤微环境的适应性重塑：ISR激活癌细胞通过重编程周围的CAFs，使其减少胶原合成、增加丝氨酸分泌，从而建立起一种支持自身生存的代谢共生关系。这项工作强调了翻译调控在肿瘤异质性中的重要作用，并指出PHGDH/CBS低表达可作为识别该耐药亚群的潜在生物标志物。靶向CAF-肿瘤间的丝氨酸代谢共生轴，或针对ISR激活细胞自身代谢缺陷设计疗法（如限制丝氨酸/甘氨酸饮食），可能为克服胰腺癌化疗耐药性提供新的治疗策略。未来研究需进一步阐明ISR激活癌细胞重编程CAF的具体分子机制，并探索靶向这一代谢交互作用在临床治疗中的潜力。
