《自然·代謝》：復旦大學附屬腫瘤醫院團隊發現BCAT1突變促進腫瘤生長轉移

　　要說癌細胞啥都搶，不過分吧。像亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸這樣的支鏈氨基酸（BCAA）也在癌細胞的搶奪范圍之列。此外，癌細胞還可以通過改變氨基酸的代謝來給自己生長和轉移提供能量。

　　既往研究顯示，BCAA代謝異常，如負責BCAA分解代謝的關鍵轉氨酶1（BCAT1）表達增加可出現在多種癌癥（膠質瘤、胃癌、白血病等）中，并與不同癌癥的侵襲性表型有關。但截至目前，BACC代謝過程與癌癥之間的關系，以及這一過程是否涉及基因突變還不是很清楚。

　　近期，復旦大學附屬腫瘤醫院的雷群英團隊發現了一個BCAT1的功能獲得性突變，BCAT1E61A。BCAT1E61A酶活性更高，可促進BACC分解，加速細胞生長和運動，為腫瘤遷移提供物質基礎。此外，BACC分解產生的支鏈α-酮酸（BCKA）可直接與GTP蛋白酶（RhoC）結合，增強RhoC活性，同樣有助于腫瘤生長和遷移。

　　他們還發現，血管緊張素II受體拮抗劑坎地沙坦可作為BCAT1E61A的抑制劑，不僅在體外抑制了RhoC活性和腫瘤細胞的遷移，還能在體內阻止小鼠胃癌的腹膜轉移。

　　研究發表在《自然·代謝》上[1]。

　　通常情況下，BCAA轉氨酶，BCAT1和BCAT2，可將BCAA轉化為BCKA，同時也能催化α-酮戊二酸（α-KG）轉化為谷氨酸。

　　雷群英團隊一直致力于研究BACC轉氨酶與腫瘤進展之間的關系。這次研究團隊將重點放在了BCAT1上。

　　研究人員使用腫瘤細胞系百科全書（CCLE）數據庫對所有已知的BCAA代謝關鍵酶的突變進行分析，結果發現，BCAT1在61位密碼子上發生谷氨酸變為丙氨酸的突變頻率最高（即BCAT1E61A，約占29.3%），該突變主要集中在白血病細胞系和胃癌細胞系中。

　　接下來為了驗證胃癌患者中是否存在BCAT1E61A突變，研究人員收集了106例臨床胃癌患者樣本進行了DNA測序。結果發現，該突變的發生率為2.8%（3/106）。HE染色顯示，攜帶BCAT1E61A突變的患者病理類型均為中度或分化較差的彌漫型胃癌。這說明，BCAT1E61A突變可能與腫瘤進展有關。

　　既然是發生在BCAT1上的突變，那BCAT1E61A是否會對BCAT1的活性產生影響呢？

　　為了驗證這點，研究人員在體外分別用正向反應和逆向反應底物，測量了沒有突變的BCAT1WT和BCAT1E61A的催化活性。結果發現，無論是正向反應還是逆向反應，BCAT1E61A的催化活性都要高于BCAT1WT。

　　進一步的液相色譜-質譜分析顯示，BCAT1E61A能夠增強細胞的整體代謝活性，包括BCAA、三氯乙酸循環、糖酵解、核酸和氨基酸的代謝。

　　為了分析BCAT1E61A對BCAA代謝過程的影響，研究人員建立了敲入點突變Bcat1KI/KI 轉基因小鼠，并從Bcat1WT和Bcat1KI/KI 小鼠中分離了真皮成纖維細胞（MDFs），再用13C5和13C6標記的纈氨酸和亮氨酸對其進行培養。

　　結果發現，在BCAT1E61A突變的成纖維細胞中，這些標記的亮氨酸和纈氨酸的數量減少，而它們的分解產物變多了。也就是說，BCAT1E61A不僅增強了酶的活性，還加速了BACC的分解。

　　隨后研究人員在胃癌和肺癌細胞系中建立了穩定敲除BCAT1的模型，并在這些細胞中外源性地表達BCAT1WT或BCAT1E61A。結果發現，BCAT1的缺失減弱了細胞的增殖和遷移能力，而過表達的BCAT1WT或BCAT1E61A均可促進細胞增殖，其中BCAT1E61A促進細胞遷移的能力更強。也就是說，BCAT1E61A突變給癌細胞提供了一個更好的生存環境。

　　在機制層面，通過免疫共沉淀（Co-IP）試驗，研究人員發現了Ras同源基因家族成員C（RhoC），可能與BCAT1存在相互作用。當在胃癌和肺癌細胞系中敲除BCAT1后，RhoC活性也受到抑制，而當過表達BCAT1E61A時，RhoC活性又得到增強。

　　鑒于RhoC是調控細胞遷移和侵襲的主要分子。研究人員推測，BCAT1E61A可能通過積累源自BCAA分解的中間代謝物，來增強RhoC的活性，進一步促進腫瘤的生長和轉移。

　　為了驗證猜想，研究人員在敲除BCAT1后，添加BCAA或其代謝產物BCKA進行處理，再測量RhoC活性，結果發現，只有補充BCKA時，RhoC活性被明顯增強了。隨后的等溫滴定量熱法（ITC）測定結果顯示，BCKA導致RhoC活性增強是通過與RhoC直接結合實現的。

　　總之，BCAT1E61A突變促進了BCAA的分解和BCKA積累，從而增強了RhoC活性，加速了癌細胞的增殖和遷移。

　　既然BCAT1E61A突變增加了腫瘤遷移，那么只要抑制這個突變不就能阻止腫瘤進展了。

　　沒錯。研究人員從美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的藥物庫中，挑選了多個抑制BCAT1E61A的藥物，其中血管緊張素II受體拮抗劑坎地沙坦對BCAT1E61A抑制效果最好。體外研究同樣證實，坎地沙坦可抑制RhoC活性和腫瘤細胞遷移。

　　此外，研究人員在小鼠體內注射胃癌細胞后，觀察了小鼠腹膜轉移的情況，結果發現注射表達BCAT1E61A細胞的小鼠，腫瘤數量和體積都有明顯增長，而使用坎地沙坦或采用低BCAA飲食可以顯著抑制腫瘤的生長和腹膜轉移。

　　綜上，該研究發現了BCAT1E61A突變促進了腫瘤生長和轉移，而坎地沙坦或低BCAA飲食或可抑制這一現象。不過目前坎地沙坦或低BCAA飲食也只是在小鼠中進行了試驗，想要應用在臨床上還是需要進一步研究才行。