“铜抗癌”新进展！北京大学肿瘤医院发文：揭示靶向肝癌的新策略

11月7日，北京大学肿瘤医院梁军教授和徐达教授共同通讯在《Cell Reports Medicine》上发表题为“Targeting the TCA cycle through cuproptosis confers synthetic lethality on ARID1A-deficient hepatocellular carcinoma”的论文，研究结果提供了ARID1A缺陷与线粒体呼吸损伤之间合成致死性的证据，表明铜治疗是选择性靶向ARID1A缺陷HCC的有前途的治疗策略。

研究背景

肝癌是癌症相关死亡的第三大原因，也是全球第六大常见的癌症类型，肝细胞癌（HCC）占肝癌病例的90%以上。尽管进行了广泛的研究，但由于晚期 HCC 病例具有高度的遗传异质性和缺乏特异性治疗靶向突变，因此通常对常见的多激酶抑制剂或免疫检查点抑制剂治疗策略仍然难治。因此，需要开发新颖有效的方法来治疗肝细胞癌。

先进的基因组分析技术越来越多地能够识别和表征与癌症发病和进展相关的驱动突变和基因，允许临床努力设计靶向活化癌基因的小分子抑制剂或阻断抗体，以实现临床获益。长期以来，人们一直认为ARID1A是一种肿瘤抑制基因，在HCC和其他癌症类型中经常发生突变。肿瘤抑制基因通常比癌基因更难靶向;因此，迄今为止，这些知识的临床效用一直受到限制。然而，合成致死策略为确定由肿瘤抑制基因突变驱动的癌症的治疗靶点提供了机会。

在这项研究中，我们进行了无偏倚的 CRISPR-Cas9 筛选，以鉴定 ARID1A 和 TCA 循环之间的合成致死相互作用。具体来说，ARID1A缺乏导致葡萄糖代谢从糖酵解重编程为线粒体呼吸。基于这些结果，我们提出，靶向 TCA 循环或 OXPHOS 的努力可能会导致开发一种治疗 ARID1A 缺陷型 HCC 的可行方法。这些结果为这些癌症患者的个性化和有效治疗提供了一种有前途的方法。

研究进展

关于合成致死基因对，据报道，当一个基因通过代偿过程经历功能丧失时，癌症会上调另一个基因。为了确认 ARID1A 与 TCA 周期相关基因之间的合成致死相互作用，接下来使用公共数据库来分析基因表达，揭示 ARID1A mRNA和蛋白质水平的降低（图 2A）与癌症类型中大多数 TCA 周期相关基因表达的增加显著相关，包括肝细胞癌。蛋白质印迹结果还显示，关键的TCA循环蛋白，包括乌头酸酶2（ACO2）、脱氢酶复合物黄素蛋白亚基A（SDHA）和富马酸水合酶（FH），在ARID1A-KO HCC细胞中上调（图2B）。值得注意的是，通过恢复ARID1A缺陷细胞中的ARID1A表达，挽救了TCA循环蛋白的上调水平，这表明这些增加是ARID1A表达依赖性的，而不是潜在的脱靶效应（图2C）。对 102 份人 HCC 标本进行的免疫组织化学（IHC）实验也表明，ARID1A 蛋白水平与 SDHA 的蛋白水平呈显著负相关，SDHA 是该筛选中鉴定出的 TCA 循环相关基因的较佳候选基因（图 2D）。合成致死基因被认为是相互排斥的，因为这两个基因的功能丧失终会导致细胞死亡。值得注意的是，癌症基因组图谱（TCGA）数据库中 ARID1A 和 SDHA、ACO2 或 FH 表达水平较低的患者表现出更好的预后结果（图 2E），尽管 HCC 中 TCA 周期相关基因突变的相对罕见性排除了任何因果关系或显著联系的建立。

ARID1A缺陷对HCC中TCA循环相关基因的依赖性

接下来，这些发现通过基于细胞的体外实验得到进一步验证，使用小干扰RNA（siRNA）构建体敲低ACO2和SDHA的表达，因为它们是TCA循环相关基因，是该CRISPR筛选中确定的候选基因。然后监测细胞生长和细胞死亡率，以评估与这些基因相关的合成致死表型。与上述发现一致，与对照细胞相比，敲除ACO2（图2F和2H）或SDHA（图2I和2K）导致ARID1A-KO HCC细胞增殖的显著抑制。当使用流式细胞术检查这些细胞的存活率时，与WT亲本相比，用这些siRNA构建体转染的ARID1A-KO细胞的细胞死亡率显著增加（图2G和2J）。总之，这些数据证实了ARID1A和TCA循环相关基因之间存在合成致死相互作用。

研究结果

在这项研究中，我们使用 ARID1A 缺陷的 HCC 细胞进行 CRISPR-Cas9 合成致死性筛选，以确定治疗携带 ARID1A 缺陷的 HCC 患者的方法。该策略表明，这些 ARID1A 缺陷的 HCC 细胞的存活高度依赖于与三羧酸（TCA）循环相关的基因。从机制上讲，ARID1A 缺失抑制关键糖酵解相关基因 PKM 的表达，将细胞葡萄糖代谢从有氧糖酵解转变为依赖 TCA 循环和氧化磷酸化。铜鳞病是最近定义的一种铜诱导的细胞死亡形式，据报道直接靶向 TCA 循环。在这里，我们发现ARID1A缺陷的HCC细胞和异种移植肿瘤对铜治疗高度敏感。

图形摘要

总之，本研究结果强调了ARID1A与TCA循环相关基因之间的关系，该基因赋予HCC细胞合成致死性。随后的多组学分析表明，ARID1A的缺失导致代谢重编程，使得这些肿瘤细胞依赖于TCA循环而不是糖酵解。因此，使用铜靶向 TCA 循环是治疗 ARID1A 缺陷型 HCC 患者的一种有前途的有效手段。