营养素可利用性如何决定癌症代谢疗法对非肿瘤药物的响应：高通量筛选与靶向治疗新策略

《Cancer Research》：Nutrient Availability Dictates Cancer Metabolism–Based Therapeutic Responses to Nononcology Drugs Open Access

本文报道了一项开创性的高通量筛选平台——癌症代谢合成致死平台（CM-SLP），揭示了肿瘤细胞对不同营养素（如葡萄糖、谷氨酰胺、脂肪酸）水平下对非肿瘤药物的独特敏感性。研究发现，营养素状态与特定药物（如抗心律失常药普罗帕酮、双胍类药物）可协同诱导肿瘤细胞死亡，并通过mTOR、Hippo等信号通路介导。该研究为基于患者个体代谢图谱的精准肿瘤代谢医疗（oncometabolic precision medicine）提供了全新框架，有望将已批准的药物重新定位为代谢指导的个体化疗法。

营养素可利用性决定基于癌症代谢的非肿瘤药物治疗反应

代谢敏感性图谱：非肿瘤药物对营养素可利用性的依赖

本研究开发了癌症代谢合成致死平台（CM-SLP），一个旨在探索营养素状态改变所引发的癌细胞代谢脆弱性的高通量筛选平台。该平台筛选了1813种FDA批准的化合物，在A375黑色素瘤细胞和作为正常对照的HaCaT角质形成细胞中，评估了药物在高浓度与低浓度葡萄糖、谷氨酰胺或脂肪酸条件下的细胞毒性差异。CM-SLP^glu、CM-SLP^gln和CM-SLP^FA分别对应于针对葡萄糖、谷氨酰胺和脂肪酸的筛选模块。通过比较细胞在高/低营养素条件下的存活率计算CM-SLP分数，并根据相关性系数（R）将药物分为四个象限。结果发现，许多表现出营养素浓度依赖性合成致死性（即对癌细胞特异性杀伤）的药物属于非肿瘤药物，这提示了广泛的药物重定位潜力。例如，在低葡萄糖条件下，抗心律失常药普罗帕酮和双胍类药物（如苯乙双胍、二甲双胍）展现出显著的协同细胞毒性，而在高葡萄糖条件下，苯并咪唑类药物芬苯达唑则表现出更强的杀伤力。该结果绘制了非肿瘤药物在营养素可用性变化下的代谢脆弱性图谱。

营养素依赖性抗癌药物重定位机会

对CM-SLP筛选结果的分析揭示了在不同营养素状态下具有显著抗癌潜力的药物类别。在葡萄糖筛选中，芬苯达唑等高血糖依赖性药物（第2组）和苯乙双胍、维拉帕米、尼鲁米特、伐地考昔等低血糖依赖性药物（第4组）被识别出来。值得注意的是，低于5 mmol/L的生理相关低血糖水平足以触发普罗帕酮和苯乙双胍的细胞毒性，而芬苯达唑的杀伤作用则在高于5 mmol/L的高血糖条件下显现，这与癌症患者可能的病理生理血糖范围相吻合。信号通路分析显示，这些药物在相应营养素条件下可显著改变癌细胞中关键的信号通路，如AMPK、mTOR、Hippo (YAP/TAZ) 和MAPK (p38, ERK) 通路，而对照组药物华法林则无此影响。这表明营养素可利用性是决定非肿瘤药物细胞毒性和疗效的关键因素，其通过扰乱癌症相关信号传导通路来发挥作用。

普罗帕酮/低血糖治疗通过AMPK–mTOR–S6K轴促进癌细胞死亡

研究聚焦于CM-SLP^glu筛选出的代表性第4组药物——抗心律失常药普罗帕酮。在多种癌细胞系（包括黑色素瘤A375、肾癌786-O、肺癌NCI-H358、乳腺癌BT549）中，普罗帕酮在低葡萄糖或使用GLUT抑制剂BAY-876的条件下，能有效诱导癌细胞死亡，而对其对应的正常细胞（HEMn、HREC、BEAS-2B、MCF10A）则影响甚微。机制研究表明，联合处理在癌细胞中显著激活了AMPK的磷酸化，并抑制了mTORC1下游靶点S6K的磷酸化，而mTORC2依赖的AKT磷酸化未受影响，这表明了能量应激和mTORC1通路抑制。然而，在正常细胞中，这些信号变化非常微弱。因此，AMPK–mTORC1轴成为介导选择性细胞毒性的关键驱动因素。

将代谢干预转向mTOR靶向治疗以改善CM-SLP的临床适用性

为进一步阐明机制，研究探究了LKB1-AMPK-TSC2-mTOR通路的作用。在TSC2野生型的细胞中，普罗帕酮/低血糖处理可诱导强烈的细胞毒性和S6K去磷酸化。然而，在TSC2敲除或缺陷的细胞中，尽管AMPK被激活，但S6K去磷酸化被阻断，细胞表现出耐药性。同样，LKB1或AMPK敲除的细胞对联合处理的反应也显著减弱。这些结果表明，完整的LKB1–AMPK–TSC2轴对于通过抑制mTORC1来介导细胞毒性是必需的。鉴于严格的饮食干预（如低血糖）在临床实践中的挑战，研究提出用mTOR抑制剂替代代谢干预的策略。体外实验证实，普罗帕酮与mTOR抑制剂（如替西罗莫司或rapalink-1）联用，在正常血糖条件下也能有效杀伤癌细胞。在786-O肾癌异种移植小鼠模型中，普罗帕酮与替西罗莫司联合治疗显著抑制了肿瘤生长，效果与普罗帕酮联合GLUT抑制剂BAY-876相当。这为绕过饮食限制、直接靶向下游通路以增强治疗效果的临床转化提供了可行性。

二甲双胍/低血糖治疗通过Hippo通路激活诱导癌细胞死亡

研究还深入探讨了另一个CM-SLP^glu候选药物——双胍类药物二甲双胍。与普罗帕酮类似，二甲双胍在低葡萄糖条件下对多种癌细胞系表现出强烈的细胞毒性，而对正常细胞影响较小。机制研究发现，联合处理特异性地激活了Hippo通路的核心激酶LATS1/2，导致其下游效应因子YAP/TAZ的磷酸化增加、核转位减少以及转录活性降低。LATS1/2或上游激酶MST1/2的敲除能显著削弱二甲双胍/低血糖处理的细胞毒性。此外，研究通过虚拟筛选和分子对接，发现了一种名为BMY-123的小分子化合物，它能够破坏YAP与TEAD的蛋白质-蛋白质相互作用。在体外和体内模型中，BMY-123能够模拟低葡萄糖条件，与二甲双胍协同发挥抗癌作用。这表明靶向Hippo通路（例如使用TEAD抑制剂）是另一种可行的策略，可以规避对饮食干预的需求，实现基于代谢脆弱性的靶向治疗。

结论与展望

综上所述，CM-SLP作为一个强大的高通量筛选资源，系统性地绘制了营养素状态与非肿瘤药物之间的合成致死相互作用图谱。研究不仅验证了普罗帕酮和二甲双胍等药物在特定营养素限制下的抗癌潜力，还深入阐明了其背后的分子机制，分别涉及LKB1-AMPK-TSC2-mTOR轴和Hippo信号通路。更重要的是，研究提出了转化应用的新思路：即使用mTOR抑制剂（如替西罗莫司）或Hippo通路抑制剂（如TEAD抑制剂BMY-123）来替代或模拟饮食干预（如低血糖），从而在临床可实现的条件下实现协同抗癌疗效。这项工作为推动肿瘤代谢精准医疗的发展奠定了坚实基础，强调了将患者个体代谢特征纳入治疗决策的重要性，为开发更安全、有效的个体化癌症治疗策略开辟了新途径。