DGAT1表达升高诱导前列腺成纤维细胞活化

《Cancer Research Communications》：Increased DGAT1 expression induces prostate fibroblast activation. A, pLe... Open Access

　　

致死性前列腺癌在非洲裔美国男性（African American, AA）中呈现不成比例的高负担；与欧洲裔美国男性（European American, EA）相比，该人群发病率更高且发病更早，反映出持续存在的生物学与临床差异。近期研究提示，与种族相关的脂质代谢重编程是导致这种差异的重要因素。研究人员此前鉴定出癌相关成纤维细胞（carcinoma-associated fibroblasts, CAF）是介导肿瘤进展种族差异的主要基质成分之一。本研究证明，来源于AA患者、富含脂质的CAF（AACAF）较来源于EA患者的CAF（EACAF）表现出更强的促肿瘤特性。脂滴（lipid droplet, LD）生物发生与储存分析显示，AACAF中存在显著依赖二酰甘油O-酰基转移酶1（diacylglycerol O-acyltransferase 1, DGAT1）的LD蓄积。在良性成纤维细胞中异位表达DGAT1可诱导与成纤维细胞活化相关的CAF标志物FAP1和αSMA表达，改变分泌组，并在体内显著增强前列腺癌细胞生长。整合转录组与分泌组分析鉴定出新的受DGAT1调控、参与CAF相关代谢、细胞间通讯、运动性和血管生成的基因，这些效应主要通过ERK1/2信号激活介导。药理学抑制DGAT1可抑制上述通路，并引发肿瘤促进介质的种族差异性调控，包括BDNF、VEGF和TSP1。机制性实验表明，在功能上，来源于AA患者的富脂CAF较来源于EA患者的CAF表现出更强的成纤维细胞活化和分泌表型，并具有更高的促肿瘤活性。综上，这些发现揭示DGAT1是AA男性前列腺癌肿瘤微环境中成纤维细胞活化及脂质驱动重塑的关键酶学调控因子。靶向DGAT1代表了一种有前景的策略，可用于破坏代谢—基质串扰并减轻前列腺癌进展中的种族相关差异。意义：本研究强调，在AA前列腺癌患者来源的CAF中，DGAT1驱动的脂质蓄积是促进成纤维细胞活化及其促肿瘤作用、并导致种族差异的关键驱动因素。靶向DGAT1可破坏脂质介导的癌细胞—基质相互作用，为降低AA男性侵袭性前列腺癌提供新的治疗策略。

本文发表于《Cancer Research Communications》，聚焦前列腺癌种族差异背后的肿瘤微环境代谢机制，核心问题是：为何非洲裔美国男性前列腺癌更易早发、侵袭性更强，且仅凭社会经济因素、医疗可及性和筛查差异尚不足以完全解释这一现象。既往研究已提示，前列腺癌的种族差异不仅存在于肿瘤上皮细胞，也深刻体现在肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）之中，尤其是癌相关成纤维细胞（carcinoma-associated fibroblasts, CAF）这一关键基质组分。CAF并非被动支架，而是能够通过旁分泌网络调控肿瘤细胞增殖、侵袭、血管生成和炎症募集。研究人员此前已发现，来源于非洲裔美国患者的CAF（AACAF）较欧洲裔美国患者来源CAF（EACAF）具有更强的促瘤分泌表型，但驱动这一差异的上游代谢因素尚不清楚。因此，本研究围绕脂质代谢重编程展开，重点考察甘油三酯合成关键酶二酰甘油O-酰基转移酶1（diacylglycerol O-acyltransferase 1, DGAT1）是否为连接种族背景、脂滴代谢和CAF活化的关键节点。

研究人员首先从患者来源材料出发，证实AACAF较EACAF具有更高的基础脂滴蓄积水平，并在油酸刺激下表现出更强的脂滴储存反应。进一步分析发现，这种差异与AACAF中DGAT1的mRNA和蛋白表达升高密切相关，而DGAT2虽表达更高，但两组之间无显著种族差异。同时，AACAF中脂解相关因子PEDF表达较低，使DGAT1/PEDF比值升高，提示脂质合成与脂解平衡向脂滴积累方向偏移。组织免疫组织化学结果也显示，AA患者前列腺癌组织中DGAT1阳性基质细胞更多。由此，研究建立了一个明确起点：AA患者前列腺癌间质中存在以DGAT1升高为特征的脂质储存优势表型。

在方法上，研究主要结合了患者来源CAF队列分析与工程化细胞模型验证。患者样本来自NorthShore University Health System生物样本库，纳入自报AA患者9例、EA患者8例，并分离CAF用于体外实验。技术上主要包括Oil-Red-O与Nile Red染色、流式细胞术检测脂滴密度，Western blot和RT-qPCR检测蛋白及转录水平，RNA测序（RNA-seq）与GO富集分析解析转录组变化，细胞因子抗体阵列分析分泌组，SCID小鼠肾被膜下组织重组移植评估体内促瘤作用，以及免疫组织化学（IHC）评估Ki67、CD31等指标；另结合DGAT1抑制剂A-922500和ERK1/2抑制剂U0126进行机制干预。

研究结果部分可概括如下。

Racial differences in stromal DGAT1 expression show increased lipid storage response by CAFs from AA compared with EA patients with prostate cancer
这一部分通过患者来源CAF直接证明种族差异与间质脂质储存能力相关。研究人员采用Oil-Red-O染色观察脂滴状态，发现AACAF的基础脂滴密度高于EACAF，油酸处理后AACAF脂滴蓄积进一步显著增强。RT-qPCR与Western blot显示AACAF中DGAT1转录与蛋白表达均显著高于EACAF，而DGAT2无显著差异。PEDF下降及DGAT1/PEDF比值升高提示AACAF更偏向脂质合成与封存。IHC结果进一步支持AA患者肿瘤间质中DGAT1阳性细胞更多。该部分结论是：AA患者前列腺癌CAF具有更强DGAT1依赖性脂滴积累表型，这可能是种族相关肿瘤微环境重塑的重要基础。

DGAT1 overexpression in prostate fibroblasts induces CAF activation
为判断DGAT1是否足以驱动成纤维细胞向CAF样状态转化，研究人员在良性前列腺成纤维细胞BHPrS1中构建DGAT1过表达模型。结果显示，DGAT1升高可显著增加细胞数量，并诱导CAF标志物表达，包括成纤维细胞活化蛋白（fibroblast activation protein, FAP）、α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin, αSMA）和波形蛋白（vimentin）显著升高，而TN-C、PDGFRα和FSP-1变化较小。与此同时，DGAT1过表达不影响DGAT2，却显著降低PEDF，提示其不仅增强脂生成，还抑制脂解相关制动机制。该部分说明，DGAT1并非仅是脂质代谢酶，还可直接参与成纤维细胞活化程序，推动CAF表型形成。

LD storage in BHPrS1DGAT1 decreases in response to a DGAT1 enzymatic inhibitor
这一部分验证DGAT1酶活性与脂滴储存之间的因果关系。流式细胞术显示，无论在基础状态还是油酸刺激下，BHPrS1DGAT1细胞均表现出更高的高脂滴密度群体比例。Nile Red成像进一步表明，DGAT1升高可诱导更大的脂滴形成，而油酸使两类细胞脂滴进一步增加。加入DGAT1抑制剂A-922500后，脂滴密度和脂滴大小均下降，并回归接近基础水平。核内脂滴变化趋势与胞质脂滴相似。该结果表明，DGAT1表达升高本身即可增强前列腺成纤维细胞脂滴储存，而药理学抑制可逆转这一表型。

BHPrS1DGAT1 cells induce prostate cancer tumor growth and invasion in vivo
该部分考察DGAT1驱动的CAF样改变是否具备功能后果。研究人员用BHPrS1DGAT1条件培养基处理BPH1、LNCaP和PC-3细胞，发现肿瘤细胞增殖明显增强，且DGAT1抑制可削弱这种促增殖作用。进一步在SCID小鼠肾被膜下建立组织重组移植模型，将BPH1、LNCaP或PC-3与BHPrS1DGAT1或对照细胞共同移植。结果显示，BHPrS1DGAT1显著增强BPH1和LNCaP肿瘤生长与侵袭；对PC-3总体肿瘤体积影响不明显，但增强其侵袭能力。组织学上可见更多出血区，Ki67染色显示BPH1和LNCaP增殖增强，LNCaP模型中微血管密度也上升。该部分结论是：间质DGAT1升高不仅改变代谢表型，而且能够通过旁分泌效应和微环境重塑促进体内肿瘤生长、侵袭与血管生成。

BHPrS1DGAT1 cells secrete protumorigenic factors via ERK pathway activation
在机制层面，研究人员对工程化细胞进行RNA-seq分析，发现DGAT1过表达引起广泛转录重塑，上调897个基因、下调697个基因。GO分析提示受影响通路涉及细胞因子调控、轴突导向以及Ras、Rap和cAMP信号。值得注意的是，BDNF在RNA-seq和qRT-PCR中均表现上调，且在原代良性前列腺成纤维细胞瞬时转染DGAT1后同样升高。细胞因子阵列进一步证实，BHPrS1DGAT1分泌组发生显著改变，VEGF、MCP1、FGF19、endoglin、CD14和BDNF升高，而RANTES、IP10、IL18Bpa、GM-CSF下降。下游信号检测显示，DGAT1过表达显著增加pERK1/2，而对pAkt无明显影响。该部分说明，DGAT1可通过激活ERK1/2信号，重编程成纤维细胞分泌组，形成更强的促肿瘤旁分泌网络。

DGAT1 inhibition differentially regulates secreted factors in AACAF versus EACAF and reduces CAF paracrine stimulatory effects
这一部分进一步将工程化模型与患者来源CAF连接起来。ERK抑制剂U0126可降低BHPrS1DGAT1和对照细胞中的BDNF分泌，并抑制VEGF、提升TSP1，提示DGAT1-ERK轴控制关键分泌因子。随后在患者来源CAF中发现，AACAF的pERK1/2略高于EACAF；DGAT1抑制后，两组pERK均下降，且AACAF下降更明显。细胞因子阵列显示，DGAT1抑制在AACAF与EACAF中引发差异性分泌应答：AACAF基础状态下BDNF和VEGF较高、TSP1较低；DGAT1抑制后，AACAF中BDNF和VEGF下降、TSP1上升，而EACAF则表现相反方向变化。来自AACAF的条件培养基可显著促进LNCaP和PC-3生长，而对AACAF预处理DGAT1抑制剂后，这种促增殖旁分泌作用减弱。该部分的关键结论是：DGAT1不仅调控CAF促肿瘤分泌表型，而且其药理抑制在不同种族来源CAF中产生不同反应，提示个体化或分层治疗的必要性。

讨论部分围绕“脂质重编程—CAF活化—促瘤分泌—种族差异”这一主线展开。研究认为，AA男性较高的肥胖和高脂血症负担可能为前列腺局部提供更富脂的微环境，而CAF通过DGAT1将过量游离脂肪酸（free fatty acids, FFA）酯化并封存于脂滴中，从而既避免脂毒性，又形成支持促瘤分泌的代谢缓冲机制。AACAF中DGAT1升高和PEDF降低共同推动这一过程。DGAT1过表达诱导FAP、αSMA等CAF标志物上升，说明其与CAF活化直接相关。更重要的是，DGAT1重塑的分泌组包括BDNF、VEGF等促肿瘤介质，可通过ERK1/2相关机制增强肿瘤细胞增殖、侵袭和血管生成。研究同时指出，DGAT1抑制在AACAF和EACAF中的效应并不一致，尤其对BDNF、VEGF和TSP1的调控呈现反向变化，这提示靶向DGAT1虽具治疗潜力，但实施时需考虑种族相关生物学差异。

研究结论部分可译为：总体而言，本研究表明，在前列腺癌患者中，基质DGAT1表达存在种族差异。来源于前列腺癌患者的CAF以及研究人员构建的BHPrS1DGAT1工程化细胞系共同显示，DGAT1参与CAF表型活化；体内数据进一步证明，基质DGAT1升高可促进肿瘤生长和侵袭。研究鉴定出一组在BHPrS1DGAT1细胞中受DGAT1调控、并以ERK1/2依赖方式调节的分泌因子，这些因子共同促进肿瘤进展。AA来源与EA来源CAF对DGAT1抑制的差异性应答值得进一步研究，这不仅加深了对CAF生物学的认识，也强调了基于种族分层实施个体化治疗策略的必要性。整体而言，本文的重要意义在于将DGAT1界定为前列腺癌间质脂质代谢重编程和成纤维细胞活化的关键酶学枢纽，为解释前列腺癌种族差异提供了可实验验证的机制框架，并为靶向肿瘤—基质代谢串扰开辟了新的治疗方向。