Advanced Science (IF=16.7): 磷酸甘油脱氢酶(PHGDH)参与肿瘤的发生

肝癌是全球死亡率最高的癌症之一，最常见的类型是肝细胞肝癌（HCC）和肝内胆管癌(ICC)。在晚期肝癌小鼠模型中，丝氨酸合成途径（SSP）的磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）和磷酸丝氨酸氨基转移酶1（Psat1）表达上调。PHGDH是SSP的第一限速酶，它在肿瘤对丝氨酸饥饿耐受、活性氧（ROS）调节、索拉非尼耐药发挥重要作用。然而，PHGDH如何调节肝癌进程尚不清楚。

2023年6月10中国科学院上海药物研究所受体结构与功能重点实验室周虎团队报道了磷酸甘油脱氢酶（PHGDH）在肝癌形成中的作用，揭示了PHGDH调节肝癌机制、对肿瘤微环境的影响及临床意义。

 

 

1、发现在小鼠模型中，PHGDH是肝癌发展所必须的关键因素；

2、发现PHGDH发挥了非代谢酶的作用-通过与cMyc蛋白结合，促进肝癌发生；

3、核内PHGDH的ACT结构域激活cMyc促进CXCL1/IL8的表达，导致临床患者预后不良。

 

 

作者将MET (hMET)、截短的β-catenin突变体DN90-β-catenin (MET/CAT)和SB转座酶质粒注射到C57BL/6小鼠中，诱导形成肝癌。小鼠在注射后的第0、2、7周(W0、W2、W7)处死，收集肝组织进行RNA-seq和蛋白质组学分析。结果表明：在W2和W7的肝组织中，肝脏解毒相关的RNA和蛋白质表达差异最大。此外，与W0相比，细胞色素C家族成员在W2中显著上调；SSP中的两个关键酶PHGDH和Psat1在W7中显著增加。这表明W2和W7在肝癌进展中处于不同的状态。蛋白互作网络分析及免疫组化验证结果表明SSP相关蛋白（PHGDH、Psat1、Oat和gll），以及炎症相关蛋白、细胞色素C家族有显著变化。Ki67和H&E结果显示，肝癌的发展与PHGDH蛋白表达量和核定位相关。这些数据表明，PHGDH是肝癌的潜在关键驱动因素。

 

为了研究PHGDH在肝癌中的作用，作者使用Phgdhfl/fl(野生型，WT)和PhgdhLKO(删除PHGDH的第二个外显子)小鼠构建肝癌模型。与PhgdhLKO小鼠相比，造模后的Phgdhfl/fl小鼠肝脏体积明显增大，肿瘤结节增多。而PhgdhLKO小鼠肝/体重比、肿瘤结节数量以及体内肿瘤细胞增殖的速率显著降低，存活时间明显延长。与此同时，PHGDH的缺失导致肝脏中ROS的水平增加，阻断了SSP通路。

为了分析PHGDH的非代谢作用，作者采用LC -串联质谱(MS/MS)联合免疫沉淀(Co-IP)来鉴定小鼠肝癌中与PHGDH互作的蛋白，结果显示cMyc与PHGDH相互作用。为了进一步验证这个结论，作者在人肝癌细胞系中敲除PHGDH，观察到cMyc蛋白的下调；免疫荧光分析显示PHGDH和cMyc共定位于细胞核；这些证据表明，PHGDH发挥了非代谢酶的作用，并定位在细胞核，与cMyc共同作用促进了肝癌的发生。

为了确定PHGDH的哪个区域与cMyc相互作用，作者依次删除PHGDH不同结构域后进行了Co-IP分析。结果发现PHGDH的天冬氨酸激酶-分支酸变位酶-预苯酸脱氢酶（ACT）结构域(aa 460-533)与cMyc结合，促进cMyc激活，形成PHGDH/p300/cMyc/AF9轴；删除PHGDH-ACT结构域时，PHGDH激活cMyc的能力大大降低。RNA表达谱发现PHGDH/cMyc主要驱动CXCL1/IL8的表达，促进中性粒细胞募集，增强肝脏肿瘤相关巨噬细胞(TAM)滤过，从而促进肝癌的发展。

为了验证PHGDH和cMyc是否在临床环境中具有协同作用，作者使用针对PHGDH、cMyc和cMyc- ack148的抗体对临床肝癌样本进行了IHC实验。结果显示PHGDH与cMyc、PHGDH与cMyc- ack148的表达呈正相关，提示PHGDH在临床中可能正向调节cMyc蛋白水平。与此同时，还挖掘了TCGA数据，评估了PHGDH、cMyc以及PHGDH/cMyc表达与患者生存的关系，结果发现PHGDH和cMyc的联合表达是重要的预后指标。另外，用PHGDH抗体进行内源性Co-IP验证临床样品中的PHGDH/cMyc/AF9/P300轴，发现在晚期HCC中，cMyc、AF9和P300与PHGDH密切相关。这些结果表明，PHGDH和cMyc在肝癌进展中发挥协同作用导致患者预后不良。