Exp Mol Med︱卢国栋/沈汉明/彭涛团队发现索拉非尼联合葡萄糖限制促进肝癌细胞死亡的新机制

撰文︱冯  吉，周  静，卢国栋

责编︱方以一，王思珍

编辑︱杨彬薇

原发性肝细胞癌是全球癌症死亡的第三大原因[1]。由于早期肝癌症状不明显，患者在确诊时往往已经是肝癌中晚期（BCLC-B期或者BCLC-C期），不适合采用肝切手术进行治疗。经动脉化学栓塞术（Transarterial chemoembolization，TACE）和索拉非尼（sorafenib）分别为肝癌中期和肝癌晚期患者的一线治疗策略[2]。前者通过栓塞剂导致的缺血效应（营养缺乏和缺氧）以及化疗药物的化学毒性对肝癌细胞进行杀伤[2]；而后者是一种酪氨酸多激酶抑制剂，可通过抑制血管生成阻止肿瘤生长[2]。尽管已有报导发现索拉非尼联合TACE有益于肝癌患者的治疗[3-6]；然而，两者对肝癌杀伤联合作用的分子机制尚待研究。

2022年11月16日，广西医科大学公共卫生学院卢国栋教授、广西医科大学第一附属医院彭涛主任，澳门大学健康科学院沈汉明教授课题组合作在Experimental & Molecular Medicine杂志（IF=12.15）上发表了题为“Simultaneous treatment with sorafenib and glucose restriction inhibits hepatocellular carcinoma in vitro and in vivo by impairing SIAH1-mediated mitophagy”的研究。

研究首先发现索拉非尼联合葡萄糖限制处理可以导致肝癌细胞的快速死亡（图1a）。相比之下，TACE中常用的化疗药物阿霉素(doxorubicin)和顺铂（cisplatin）却能使肝癌细胞耐受葡萄糖限制处理；而乐伐替尼（lenvatinib，另一种肝癌一线治疗药物）也无法发挥联合效应（图2a-b）。

图1 葡萄糖限制使HCC细胞对索拉非尼诱导的细胞死亡敏感

（图源：Zhou J, et al., Exp Mol Med, 2022）

图2 索拉非尼与葡萄糖限制特异性协同诱导细胞死亡

（图源：Zhou J, et al., Exp Mol Med, 2022）

研究发现索拉非尼单独处理导致了线粒体自噬（一种特异吞噬和降解线粒体的自噬方式），促进受损线粒体的清除，可有利于肝癌细胞的存活（图3d）；但索拉非尼联合葡萄糖限制却阻断了线粒体自噬的启动，并最终导致细胞死亡（图3e-f）。PINK1-PRKN是线粒体自噬的最经典的信号通路，而E3泛素化连接酶PRKN（parkin）却很少在HCC中表达（图4a）。本研究接着筛选了参与的E3泛素化连接酶，发现SIAH1是肝癌细胞发生线粒体自噬的关键蛋白（图4b，e）。

图3 联合处理消除了索拉非尼诱导的线粒体自噬

（图源：Zhou J, et al., Exp Mol Med, 2022）

图4 SIAH1在pink1介导的线粒体自噬中发挥了重要作用

（图源：Zhou J, et al., Exp Mol Med, 2022）

进一步的机制研究发现索拉非尼抑制了线粒体电子传递链复合物Ⅱ/Ⅲ的活性，而葡萄糖饥饿则抑制了糖酵解[7]。这两个效应叠加就彻底阻断细胞能量的合成。而PINK1的激活需要能量，因此索拉非尼和葡萄糖饥饿的联合处理阻断了PINK1介导的线粒体自噬（图3e）。和索拉非尼作用相似，寡霉素（oligomycin，复合物Ⅴ的抑制剂）和抗霉素A（antimycin A，复合物Ⅲ的抑制剂）也可以和葡萄糖饥饿联合，并有效地阻断线粒体自噬的启动，却增加肝癌细胞死亡（图5）。这个结果充分体现了线粒体能量代谢和线粒体质量控制（尤其是线粒体自噬）在肝细胞癌治疗中的重要性。

图5 线粒体能量破坏消除了PINK1介导的线粒体自噬

（图源：Zhou J, et al., Exp Mol Med, 2022）

肝癌细胞高表达葡萄糖转运酶SLC5A2/SGLT2（图6c）。研究使用了SGLT2抑制剂卡格列净（canagliflozin，Ⅱ型糖尿病的临床用药）处理来模拟强制性的葡萄糖限制。经卡格列净处理后，可显著降低体外肝癌细胞的葡萄糖跨膜转运和体内肝癌转移瘤组织中糖原的含量（图6d）。卡格列净和索拉非尼的联合也可以有效造成肝癌细胞的死亡和肝癌组织的生长抑制（图7）。

图6 卡格列净模拟葡萄糖限制

（图源：Zhou J, et al.,Exp Mol Med, 2022）

图7 卡格列净和索拉非尼联合处理抑制HCC异种移植瘤的生长

（图源：Zhou J, et al.,Exp Mol Med, 2022）

机制概念图：葡萄糖限制联合索拉非尼通过抑制ATP产生抑制线粒体自噬

（图源：Zhou J, et al., Exp Mol Med, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

‍综上所述，该研究发现索拉非尼联合葡萄糖（而非其他营养成分）限制处理可以促进肝癌细胞的死亡，相比之下，TACE中常用的化疗药物阿霉素和顺铂却能使肝癌细胞耐受葡萄糖限制处理。 ‍机制上，索拉非尼联合葡萄糖限制（或者卡格列净）处理，会分别同时影响细胞产生ATP供能的两条路线——线粒体ETC和糖酵解，最终导致线粒体自噬失效以及细胞死亡（机制概念图），提示线粒体能量代谢和线粒体质量控制（尤其是线粒体自噬）在肝细胞癌中的重要性。‍

该研究为靶向线粒体肝癌治疗的临床研究提供了分子基础。鉴于系统性给药可能会造成非必要的毒性，局部性处理如经肝动脉给予索拉非尼并同时执行栓塞（Transarterial sorafenib-embolization，TASE）可能是中期肝癌的一种新且有效的治疗策略。这一疗法仍然需要在未来的临床前动物模型和临床试验中进行全面系统的研究和验证。‍

原文链接：https://www.nature.com/articles/s12276-022-00878-x

作者简介（上下滑动阅读） 

第一作者:

周静（共同第一作者），广西医科大学基础医学院生理系老师。

冯吉（共同第一作者），广西医科大学公共卫生学院毒理学教研室博士研究生。

吴勇（共同第一作者），广西医科大学公共卫生学院毒理学教研室博士研究生。

戴惠淇（共同第一作者），广西医科大学公共卫生学院毒理学教研室硕士研究生。

朱广志（共同第一作者），广西医科大学第一附属医院肝胆外科副主任医师。

通讯作者：

沈汉明（共同通讯作者），澳门大学健康科学学院首席教授，新加坡国立大学医学院客座教授http://orcid.org/0000-0001-7369-5227

彭涛（共同通讯作者），广西医科大学第一附属医院肝胆外科主任https://www.gxmuyfy.cn/departWk/gdwkyhtd/11205.html

卢国栋（领衔通讯作者），广西医科大学公共卫生学院特聘教授http://orcid.org/0000-0001-6056-3196

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参考文献（上下滑动阅读）

[1] Sung, H.,et al., Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians, 2021. 71(3): p. 209-249.

[2] Villanueva, A., V. Hernandez-Gea, and J. Llovet, Medical therapies for hepatocellular carcinoma: a critical view of the evidence. Nature reviews Gastroenterology & hepatology, 2013. 10(1): p. 34-42.

[3] Kudo, M., et al., Phase III study of sorafenib after transarterial chemoembolisation in Japanese and Korean patients with unresectable hepatocellular carcinoma. European Journal of Cancer, 2011. 47(14): p. 2117-2127.

[4] Kudo, M., et al., Randomised, multicentre prospective trial of transarterial chemoembolisation (TACE) plus sorafenib as compared with TACE alone in patients with hepatocellular carcinoma: TACTICS trial. Gut, 2020. 69(8): p. 1492-1501.

[5] Meyer, T., et al., Sorafenib in combination with transarterial chemoembolisation in patients with unresectable hepatocellular carcinoma (TACE 2): a randomised placebo-controlled, double-blind, phase 3 trial. The lancet. Gastroenterology & hepatology, 2017. 2(8): p. 565-575.

[6] Lencioni, R., et al., Sorafenib or placebo plus TACE with doxorubicin-eluting beads for intermediate stage HCC: The SPACE trial. Journal of Hepatology, 2016. 64(5): p. 1090-1098.

[7] Zhang, C., et al., Sorafenib targets the mitochondrial electron transport chain complexes and ATP synthase to activate the PINK1-Parkin pathway and modulate cellular drug response. Journal of biological chemistry, 2017. 292(36): p. 15105-15120.

本文完