中山大学研究发现贝伐珠单抗治疗直肠癌产生耐药性的潜在机理

8月24日，中山大学潘志忠，林俊忠和彭健宏共同通讯在《Autophagy》在线发表题为“Tumor-derived lactate promotes resistance to bevacizumab treatment by facilitating autophagy enhancer protein RUBCNL expression through histone H3 lysine 18 lactylation (H3K18la) in colorectal cancer”的研究论文，该研究发现CRC肿瘤环境中积累了乳酸，并充当了组蛋白乳酰化的底物，这一过程在缺氧条件下通过细胞增强的糖酵解进一步诱导。

研究背景

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见的恶性肿瘤，占所有癌症死亡人数的近8.5%。复发和远处转移仍然是CRC患者治疗失败和死亡的主要原因。诊断时，20%-30%的患者患有同步肝转移，50%-75%的CRC患者发生肝转移。据估计，70-80% 的晚期结直肠癌病例起初被定义为不可切除，其5年总生存率（OS）低于 10%。

目前，双联或三联化疗方案与靶向治疗（包括抗血管生成治疗）的应用已将反应率提高到60%-70%，增加了转移性结直肠癌患者的生存率。贝伐珠单抗，特异性靶向VEGFA（血管内皮生长因子A）以抑制VEGF（血管内皮生长因子）-VEGFR（血管内皮生长因子受体）信号传导，在转移性结直肠癌的一线和二线治疗中起着至关重要的作用。尽管抗血管生成治疗改善了转移性结直肠癌的临床结局，但大多数患者表现出内在或获得性耐药性，终总体获益有限。因此，探索CRC细胞对抗血管生成治疗耐药的机制至关重要，这可能会改善转移性CRC的预后。

在实体瘤中，发现抗血管生成治疗引起的瘤内缺氧区域与治疗耐药有关。缺氧诱导癌细胞的代谢改变，作为对营养剥夺的适应性反应，这会影响抗血管生成治疗期间对缺氧诱导细胞死亡的易感性。增强糖酵解是缺氧期间关键的代谢改变之一，导致癌症泌乳增生，与多种细胞过程有关。乳酸是Warburg效应期间肿瘤环境中产生的丰富癌代谢物，作为一种新的表观遗传修饰触发组蛋白赖氨酸乳酰化，直接刺激染色质的基因转录。近年来，组蛋白乳酰化，特别是组蛋白H3赖氨酸18乳化（H3K18la）已被报道调节多种生物过程，例如肿瘤发生、进展、肿瘤免疫逃逸和癌症细胞代谢重编程。

研究进展

为了探索CRC细胞对贝伐珠单抗治疗耐药的机制，我们从新鲜的原发手术标本中收集了CRC组织标本，并建立了一个包含石蜡包埋肿瘤切片的生物库，提取了RNA，PDX，PDO等（图1A）。其中，接受一线贝伐珠单抗治疗的复发性或转移性肿瘤患者，其临床治疗反应与生物样本库的治疗评估相匹配（用贝伐珠单抗治疗的PDX和用二甲基草酰甘氨酸（DMOG）治疗的PDO，包括HIF脯氨酰羟化酶抑制剂，在常氧条件下稳定和积累细胞核中的HIF1A / HIF-1α（缺氧诱导因子1亚基α）蛋白，其可能模拟抗血管生成治疗引起的缺氧环境），并使用预保留的RNA进行转录组测序（图1B)。京都基因和基因组百科全书（KEGG）对贝伐珠单抗治疗的稳定疾病（SD）/进展性疾病（PD）与部分缓解（PR）的上调基因的分析显示糖酵解信号传导显著富集（图1C）。在TCGA数据库中，与乳酸产生和分泌相关的基因在CRC中高度表达并与VEGFA表达呈正相关，这表明贝伐珠单抗耐药可能与增强糖酵解和癌细胞的后续泌乳有关。

结直肠癌（CRC）对贝伐珠单抗治疗的耐药性表现出乳酸化水平升高，这与CRC患者的生存率低有关。

为了进一步研究，在源自贝伐珠单抗耐药的PDX的石蜡包埋肿瘤切片中也发现了增强的糖酵解和泌乳生成（图1D）。有趣的是，与PR相比，贝伐珠单抗治疗SD / PD患者的乳酸化和H3K18la水平明显增加（图1D-E）。与来自3名随机I-III期CRC患者的匹配的相邻正常组织相比，乳酸化和H18K10la水平的增加进一步反映在新鲜的手术肿瘤组织中（图1F）。我们检查了CRC队列中的乳酸化和H3K18la水平及其可想象的临床意义。免疫组织化学（IHC）染色显示CRC组织中的乳酰化（图1G）和H3K18la（图1J）水平高于邻近正常组织，高水平的乳酸化（图1H，图S1E）和H3K18la（图1K，图S1F）与CRC患者的总生存期较短有关。此外，在SYSUCC队列中，基于临床反应评估，反应率与乳酸化水平（图1I）和H3K18la（图1L）呈负相关。这些临床数据表明，乳酸化和H3K18la水平升高可能会对贝伐珠单抗产生耐药性，并且与结直肠癌患者的低生存率有关。

研究意义

在这项研究中，我们发现，在细胞增强糖酵解和随后的泌乳作用的诱导下，组蛋白乳酸化水平在对贝伐珠单抗治疗耐药的CRC患者中上调。组蛋白乳酸化的抑制有效抑制了CRC肿瘤的发生，进展和缺氧存活。在机制上，组蛋白乳酸化促进了RUBCNL/Pacer（rubicon样自噬增强子）的转录，RUBCNL/Pacer通过与BECN1 / Beclin 1相互作用被认为是自噬体成熟的促进子，BECN1 / Beclin 1是该途径的主要组成部分之一。我们发现，在基于细胞的异种移植物、患者来源的异种移植物（PDX）和患者来源的原始体（PDO）模型中，抑制组蛋白乳酸化增强了CRC细胞对贝伐珠单抗治疗的敏感性。因此，我们的研究表明，抑制组蛋白乳酸化可能是提高贝伐珠单抗在CRC中临床疗效的新策略。

综上所述，在结直肠癌细胞中，需氧糖酵解诱导的高组蛋白乳酸化水平促进RUBCNL的转录，通过促进自噬体成熟增强自噬，有助于结直肠癌肿瘤发生和发展。当接受贝伐珠单抗时，缺氧癌细胞的糖酵解可能进一步增强，其次是更高水平的组蛋白乳酸化和RUBCNL被组蛋白乳酰化转录上调，这有助于结直肠癌细胞的存活和治疗耐药性。我们的研究表明，抑制组蛋白乳酸化可能是提高贝伐珠单抗在CRC中疗效的新策略，其在贝伐珠单抗耐药PDX和PDO中显示出显著的治疗效果。