《Cellular Signalling》：GNE-493 suppresses gastric cancer development by targeting NAT10-mediated ac4C modification of HK2
编辑推荐：
胃癌治疗中，GNE-493通过抑制NAT10酶介导的HK2乙酰化，阻断糖酵解并逆转顺铂耐药，为代谢重编程与表观遗传调控的协同治疗提供新策略。
王腾凯|甄俊玲|魏庆高|季瑞|刘庚军|林生祥|卢娇阳|王倩
山东大学医学院，中国济南市文华西路44号，250012
摘要
胃癌是消化系统中最常见的原发性恶性肿瘤之一。化疗耐药性仍然是胃癌临床治疗的主要障碍，而针对肿瘤细胞代谢重编程的策略已成为一种有前景的治疗方法。N4-乙酰胞苷（ac4C）是一种重要的转录后RNA修饰，由关键的乙酰转移酶N-乙酰转移酶10（NAT10）催化。通过药物筛选，我们发现磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）抑制剂GNE-493能够有效抑制胃癌细胞的增殖。GNE-493显著降低了葡萄糖摄取和乳酸生成，表明其抑制了有氧糖酵解。其机制是GNE-493直接与NAT10结合，导致编码葡萄糖激酶2（HK2）的序列中的ac4C乙酰化减少。这种减少损害了HK2转录本的稳定性和翻译，从而降低了糖酵解速率，进而抑制了胃癌的进展。此外，GNE-493在顺铂耐药性胃癌细胞系中表现出很强的疗效，这凸显了其克服传统化疗耐药性的潜力。通过靶向代谢重编程的表观转录组调控，GNE-493为葡萄糖代谢活跃的胃癌患者提供了新的治疗途径。
引言
根据GLOBOCAN 2022的数据，胃癌（GC）是癌症相关死亡的第三大原因[1]，仍然是一种治疗上具有挑战性的疾病。胃癌的主要治疗方法包括手术切除、化疗和靶向治疗[2][3]。基于顺铂的方案被广泛用作一线化疗[4]；然而，内在或获得性的耐药性常常限制了它们的长期疗效。因此，迫切需要寻找更有效的治疗药物以改善患者预后。自加速审批途径引入以来，它越来越多地被用于肿瘤学和血液系统恶性肿瘤的药物审批。尽管已有几种药物（如多西他赛、卡培他滨和丝裂霉素C）被批准用于胃癌治疗，但它们的疗效往往有限[5][6][7][8]。其他药物（如亚叶酸钙[9]和塞来昔布[10]）显示出增强对顺铂耐药性胃癌细胞毒性的潜力。尽管取得了这些进展，但开发有效且持久的治疗策略仍然是未满足的医疗需求。
近年来，高通量测序技术的进步引起了人们对RNA修饰的广泛关注，这些修饰在RNA代谢、免疫、发育和疾病中起着重要作用[11]。诸如N6-甲基腺苷（m6A）、N1-甲基腺苷（m1A）、5-甲基胞嘧啶（m5C）、5-羟甲基胞嘧啶（hm5C）、2-O甲基化（Nm）和尿苷到假尿苷的异构化（ψ）等已被广泛研究。值得注意的是，这些RNA表观遗传标记的失调已成为影响肿瘤进展的关键因素[12][13][14]。其中，N4-乙酰胞苷（ac4C）是一种新发现的mRNA修饰，可增强转录本稳定性并可能提高转录本翻译效率[30449621]。N-乙酰转移酶10（NAT10）属于GCN5相关NAT家族，是已知唯一同时具有乙酰转移酶和RNA结合活性的酶[15][16]。通过修饰密码子摆动位点上的胞苷碱基，ac4C增强了mRNA的稳定性和翻译效率。越来越多的证据表明，ac4C修饰参与了肿瘤发生、药物耐药性和发展，这与NAT10的催化作用有关[15][17]。据报道，NAT10在DNA损伤时会对p53、PARP1和MORC2进行乙酰化，以防止基因组受损的细胞增殖[18][19][20]。抑制NAT10介导的乙酰化修饰可以提高携带胃癌的小鼠中抗PD-1检查点阻断的疗效，并克服免疫疗法的耐药性[21]。这些发现强调了ac4C乙酰化在胃癌进展和调节药物耐药性中的重要作用。
磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路在实体瘤和血液系统恶性肿瘤中经常被激活[22]。它在许多细胞功能和肿瘤相关信号通路中起核心作用，使其成为抗肿瘤药物开发的关键靶点[23]。Idelalisib是一种首创的PI3K抑制剂，于2014年7月获得FDA加速批准，用于复发性滤泡性淋巴瘤和小淋巴细胞淋巴瘤的单药治疗。随后，其他PI3K抑制剂（如copanlisib、duvelisib和umbralisib）也被批准[24]。大多数胃癌患者表现出PI3K/AKT/mTOR信号通路的过度激活，这与不良预后和化疗耐药性相关[25][26]。鉴于这一通路的重要性，开发双重抑制剂可能是生成更有效胃癌治疗策略的潜在方法。GNE-493最初由Sutherlin发现，是一种新型的双重PI3K-mTOR抑制剂[27]，它在体内和体外都能阻断PI3K/Akt/mTOR级联反应，并具有较好的口服生物利用度和药代动力学参数。GNE-493在具有激活PI3K通路的肿瘤模型（如前列腺癌细胞和MCF7.1乳腺癌异种移植模型）中显著抑制了癌症进展[28]。最近的研究表明，GNE-493可作为免疫调节剂，通过诱导免疫性细胞死亡和激活T细胞来触发抗肿瘤免疫[29]，这表明GNE-493作为重要的肿瘤抑制剂的作用。
在本研究中，我们通过检测胃癌细胞的增殖和凋亡功能，证明了GNE-493的强大抗癌效果。利用N4-乙酰胞苷（ac4C）测序（seq）、转录组分析及后续实验，首次证明GNE-493可以通过抑制HK2的乙酰化来抑制糖酵解。此外，我们通过连续逐步暴露于顺铂建立了顺铂耐药性胃癌细胞系。功能实验显示GNE-493对顺铂耐药性胃癌细胞具有有效的细胞毒性作用。据我们所知，这是首次评估GNE-493在胃癌细胞中的细胞毒性，包括那些对顺铂耐药的细胞，这可能对癌症治疗具有重要意义。
章节摘录
GNE-493抑制胃癌细胞的肿瘤发生
使用Cell Counting Kit-8（CCK-8）检测了包含571种化合物的抗癌代谢库。在初步筛选中，双重PI3K/AKT抑制剂中，抑制率至少为80%的化合物比例最高（图1A）。在未报道的双重PI3K/mTOR抑制剂中，GNE-493表现出优异的抑制效果（图S1A）。其对胃癌细胞系的IC50值处于低微摩尔范围内（图1B和图S1B）。为了研究GNE-493的作用，
讨论
特定的双重PI3K-mTOR抑制剂在许多癌症中显示出有希望的结果[37]。在本研究中，我们筛选并发现GNE-493这种新型双重PI3K-mTOR抑制剂能有效抑制胃癌细胞的生长。我们的发现确立了一种新的机制：与传统的PI3K-mTOR抑制剂不同，GNE-493靶向NAT10-ac4C-HK2轴，从而破坏胃癌的糖酵解依赖性。这一机制与最近报道的NAT10抑制剂remodelin的机制不同，后者主要
结论
我们的研究确定GNE-493是一种新型的NAT10/HK2轴抑制剂，它通过抑制糖酵解和逆转顺铂耐药性表现出强大的抗胃癌活性。通过将PI3K/mTOR抑制与ac4C表观转录组调控功能联系起来，GNE-493成为胃癌治疗的有希望的策略，特别是对于化疗耐药的肿瘤。这些发现突显了靶向代谢和表观遗传学之间相互作用的治疗潜力。
细胞系
人胃癌细胞系HGC-27（CL-0107，RRID: CVCL_1279）由武汉Pricella生物技术有限公司提供。人胃癌细胞系MKN-45由上海中桥新舟生物技术有限公司提供。HGC-27和MKN-45细胞在RPMI 1640培养基中培养，添加10%胎牛血清和1%青霉素/链霉素，培养条件为37°C和5% CO2。
Western blot
细胞中的蛋白质使用细胞裂解缓冲液提取，并通过BCA试剂盒（Beyotime Biotechnology，上海，中国）进行定量。
CRediT作者贡献声明
王腾凯：撰写初稿、正式分析、数据管理、概念构思。甄俊玲：软件操作、项目管理、方法学、概念构思。魏庆高：验证、项目管理、方法学、正式分析。季瑞：资源获取、项目管理、实验研究。刘庚军：撰写初稿、可视化、数据管理、概念构思。林生祥：撰写、审稿与编辑。卢娇阳：撰写、审稿与编辑，
伦理批准和参与同意
本研究中的所有动物护理和实验程序均获得了山东大学齐鲁医院（青岛）动物伦理委员会的批准（批准编号：KYDWLL-202431）。使用人源患者新鲜组织样本获得了山东大学齐鲁医院（青岛）机构审查委员会的批准（KLYY-2024055）。所有患者均提供了知情同意。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究部分得到了山东省自然科学基金（ZR2021QH322）的支持。我们还要感谢国家自然科学基金（2022YFC2406400）、青岛市科技示范与引导项目（22-3-7-smjk-10-nsh）、教育部教育与产业合作联合培训项目（230831502007010）、青岛市自然科学基金的原创探索计划（资助编号24-4-4-zrjj-159-jch）等机构的支持。
