DGAT1（二酰甘油O-酰基转移酶1）调控人前列腺成纤维细胞中BDNF（脑源性神经营养因子）的表达——DGAT1是非洲裔美国男性前列腺癌肿瘤微环境中癌相关成纤维细胞活化和脂质驱动重塑的关键调节因子

《Cancer Research Communications》：DGAT1 regulates BDNF in human prostate fibroblasts. A, Cytokine array of ... Open Access

　　

摘要：致死性前列腺癌(lethal prostate cancer)对非裔美国人(African American, AA)男性的影响尤为严重，其发病率更高且发病年龄早于欧裔美国人(European American, EA)，反映出持续存在的生物学与临床差异。近期研究表明，种族相关的脂质代谢重编程(lipid metabolic reprogramming)差异是导致该差异的关键因素。研究人员此前鉴定癌相关成纤维细胞(carcinoma-associated fibroblasts, CAF)是介导肿瘤进展种族差异的重要基质组分。本研究发现，来源于AA患者含脂滴(lipid droplet, LD)的CAF(AACAF)较EA患者CAF(EACAF)具有更强的促肿瘤特性。LD生物发生与储存分析显示AACAF中存在依赖于二酰甘油O-酰基转移酶1(diacylglycerol O-acyltransferase 1, DGAT1)酶的显著LD蓄积。在良性成纤维细胞中异位表达DGAT1可诱导CAF标志物(FAP1和αSMA)表达（关联成纤维细胞活化）、改变分泌组(secretome)，并显著促进体内前列腺癌细胞生长。整合转录组与分泌组分析鉴定出DGAT1调控的、主要经ERK1/2信号激活介导的、参与CAF代谢、细胞间通讯、运动及血管生成的新型基因，包括BDNF（脑源性神经营养因子）、VEGF（血管内皮生长因子）和TSP1（凝血酶敏感蛋白1）。机制实验表明，AA患者含脂滴CAF较EA患者CAF表现出增强的成纤维细胞活化及具更强促肿瘤活性的分泌表型。综上，DGAT1是AA男性前列腺癌肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)中成纤维细胞活化与脂质驱动重塑的关键酶性调节因子。靶向DGAT1代表了一种破坏代谢–基质互作、减轻前列腺癌进展种族差异的有前景策略。 显著性：本研究强调AA前列腺癌患者CAF中DGAT1驱动的脂质积累是成纤维细胞活化及促肿瘤作用（促成种族差异）的核心驱动因素。靶向DGAT1可阻断脂质介导的癌–基质相互作用，为降低AA男性侵袭性前列腺癌风险提供新治疗策略。

论文解读：DGAT1调控人前列腺成纤维细胞中BDNF表达及其在前列腺癌种族差异中的作用

一、研究背景与立项依据

非裔美国人(AA)男性前列腺癌发病率与死亡率显著高于欧裔美国人(EA)，除社会经济因素外，祖先相关的肿瘤代谢及肿瘤微环境(TME)差异被认为是重要生物学原因。癌相关成纤维细胞(CAF)是TME中调控旁分泌信号的关键基质细胞，研究人员此前发现AA来源CAF(AA^CAF)具更强促肿瘤分泌表型，其中脑源性神经营养因子(BDNF)可能是CAF–癌细胞串扰介质，但上游代谢驱动机制不明。脂质代谢重编程中，二酰甘油O-酰基转移酶1(DGAT1)催化甘油三酯合成并促进脂滴(LD)形成以缓冲脂毒性。AA男性前列腺游离脂肪酸水平升高，可能选择性放大基质脂质适应。本研究旨在明确间质DGAT1是否介导AA与EA患者CAF的种族差异表型及促肿瘤作用。该论文发表于《Cancer Research Communications》。

二、主要关键技术方法

研究人员经伦理审批收集AA(n=9)与EA(n=8)前列腺癌患者根治标本，原代分离培养CAF；使用慢病毒系统构建DGAT1过表达良性前列腺成纤维细胞系BHPrS1^DGAT1及空载体对照BHPrS1^EV；油红O(ORO)与Nile Red染色结合流式细胞术定量LD；Western blot与qRT?PCR检测DGAT1、CAF标志物(FAP、αSMA)、pERK等；细胞因子抗体芯片检测条件培养基(CM)分泌组；RNA?seq进行差异表达与GO分析；DGAT1抑制剂A?922500及ERK抑制剂U0126处理验证信号轴；将前列腺上皮细胞(BPH1/LNCaP/PC?3)与工程化或原代CAF皮下肾包膜移植至SCID小鼠评估体内致瘤、侵袭及微血管密度(MVD)；免疫组化(IHC)分析移植瘤Ki67与CD31。

三、研究结果

Racial differences in stromal DGAT1 expression show increased lipid storage response by CAFs from AA compared with EA patients with prostate cancer

AA^CAF基础LD密度高于EA^CAF，油酸(OA)刺激后LD蓄积更显著；AA^CAF中DGAT1 mRNA与蛋白水平较EA^CAF升高>2倍，DGAT2无种族差异；AA^CAF脂解因子PEDF低表达致DGAT1/PEDF比值升高偏向LD蓄积；组织IHC示AA癌旁基质DGAT1⁺细胞多于EA；两组BMI无差异但AA确诊年龄更小。结论：AA患者CAF高表达DGAT1且脂质储存响应增强。

DGAT1 overexpression in prostate fibroblasts induces CAF activation

BHPrS1^DGAT1细胞增殖增强，CAF标志物FAP(↑150倍)、αSMA(↑50倍)、Vimentin(↑50倍)显著上调；DGAT1过表达下调脂解辅因子PEDF而不影响ATGL与DGAT2。结论：DGAT1过表达足以诱导良性前列腺成纤维细胞向CAF样活化表型并改变脂代谢平衡。

LD storage in BHPrS1^DGAT1decreases in response to a DGAT1 enzymatic inhibitor

BHPrS1^DGAT1基础及OA诱导的LD密度/大小增加，可被选择性DGAT1抑制剂A?922500逆转至BHPrS1^EV基线水平。结论：DGAT1酶活性是成纤维细胞LD蓄积的必要机制，抑制DGAT1可恢复脂质储存基线。

BHPrS1^DGAT1cells induce prostate cancer tumor growth and invasion in vivo

BHPrS1^DGAT1条件培养基促进BPH1、LNCaP、PC?3细胞Ki67⁺比例与增殖；与BHPrS1^DGAT1共移植显著增大BPH1与LNCaP移植瘤体积、增加侵袭深度及肾实质浸润，LNCaP/PC?3移植瘤微血管密度(MVD)升高，移植瘤Ki67阳性率增加。结论：高表达DGAT1的基质细胞通过旁分泌作用促进前列腺癌细胞增殖、侵袭与血管生成。

BHPrS1^DGAT1cells secrete protumorigenic factors via ERK pathway activation

RNA?seq显示BHPrS1^DGAT1差异表达基因富集于细胞因子调控、Ras/Rap信号等；BDNF转录与分泌上调，原代正常成纤维细胞瞬时转染DGAT1亦升BDNF；细胞因子芯片示BHPrS1^DGAT1上清BDNF、VEGF、MCP?1(CCL2)、FGF19上调，TSP1、RANTES(CCL5)下调；Western blot示BHPrS1^DGAT1中磷酸化ERK1/2(pERK)升高而pAkt不变，ERK抑制剂U0126降低BDNF与VEGF分泌并升TSP1。结论：DGAT1通过ERK1/2信号通路调控CAF分泌组，上调促肿瘤因子BDNF/VEGF、下调抗血管生成TSP1。

DGAT1 inhibition differentially regulates secreted factors in AACAF versus EACAF and reduces CAF paracrine stimulatory effects

AA^CAF较EA^CAFpERK略高，DGAT1抑制剂降两组合pERK但以AA^CAF更显著；DGAT1抑制后BDNF、VEGF在AA^CAF下调、EA^CAF上调，TSP1在AA^CAF上调、EA^CAF下调；AA^CAF条件培养基经DGAT1抑制后减弱LNCaP/PC?3促增殖能力。结论：DGAT1以种族差异方式调控CAF促肿瘤分泌因子，抑制DGAT1可阻断高DGAT1 CAF的旁分泌促肿瘤效应，但对EA与AA CAF分泌谱影响不同。

四、讨论与结论总结

讨论指出AA男性肥胖/高脂血症率高，过量脂肪酸被CAF以DGAT1依赖方式酯化为TG储存于LD，既防脂毒性又启动促CAF活化与促肿瘤分泌程序。DGAT1过表达下调PEDF削弱ATGL介导脂解，促LD累积并诱导FAP⁺活化CAF亚群。DGAT1调控的分泌组含BDNF、VEGF、IL?11、CCL2、CCL5、CXCL1、LIF等，经旁分泌激活癌细胞STAT3/MAPK/PI3K?Akt促增殖、EMT及血管生成。DGAT1–ERK轴对BDNF/VEGF/TSP1的种族差异调控提示靶向DGAT1需考虑人群异质性。

研究结论翻译：本研究证明前列腺癌患者基质DGAT1表达存在种族差异。AA^CAF及BHPrS1^DGAT1中DGAT1参与CAF表型活化，体内实验证实高基质DGAT1促进肿瘤生长与侵袭。DGAT1靶分泌因子经ERK1/2依赖方式调控并促进肿瘤进展。DGAT1抑制剂对AA与EA来源CAF分泌因子的差异调控提示需基于种族分层的个体化策略。DGAT1是连接CAF脂质代谢重编程与前列腺癌种族差异进展的关键节点，是潜在治疗靶点。