Cancer Res. (IF=16.6)｜重慶醫科大學研究團隊：ACSL4驅動磷脂重塑解析TNBC轉移，點亮靶向聯合化療新路徑

英文標題：ACSL4-Mediated Membrane Phospholipid Remodeling Induces Integrin β1 Activation to Facilitate Triple-Negative Breast Cancer Metastasis

中文標題：ACSL4介導的膜磷脂重塑誘導整合素β1激活以促進三陰性乳腺癌轉移

發表期刊：Cancer Research

影響因子：16.6

客戶單位：重慶醫科大學

百趣提供服務：定量脂質組學、經典脂質組學

研究背景

乳腺癌是女性常見癌癥，具有顯著異質性。三陰性乳腺癌(Triple-Negative Breast Cancer, TNBC)占所有乳腺癌病例的12%~17%，缺乏雌激素受體(Estrogen Receptor, ER)、黃體酮受體(Progesterone Receptor, PR)和HER2，預后較差，復發和轉移率高。脂質代謝異常可促進腫瘤轉移，但其在TNBC中的具體機制尚不清楚。本研究發現，轉移性TNBC細胞中ACSL4異常上調，與不良預后和轉移相關。ACSL4通過催化PUFA生成PUFA-CoA并將其酯化為磷脂，增加磷脂不飽和度，改變膜生物物理性質，促進脂筏中整合素β1和CD47的富集與相互作用，激活整合素β1/FAK信號通路，促進TNBC轉移。此外，ACSL4抑制劑PRGL493聯合紫杉醇和順鉑可顯著抑制TNBC生長和轉移，為TNBC治療提供了新策略。

ACSL4調控機制和靶向治療示意圖
 

研究結果

1、 在轉移性TNBC腫瘤中，磷脂不飽和度升高

為了確定轉移性TNBC腫瘤的脂質譜，研究人員采用 LC/MS-MS脂質組學分析，檢測了NCG小鼠肝臟中四對原發性和轉移性腫瘤組織中的脂質代謝物變化。共鑒定出785種脂質代謝物，其中71種在轉移瘤中顯著增加，70種顯著減少。磷脂酰膽堿(Phosphatidylcholine, PC)和磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine, PE)是轉移瘤中變化最顯著的主要脂質（圖1A-C）。進一步分析發現，與原發腫瘤相比，轉移性腫瘤中多不飽和磷脂(PUFA-containing Phospholipids, PUFA-PL)的豐度顯著升高，而飽和脂肪酸磷脂(saturated fatty acid-containing phospholipids, SFA-PL)和單不飽和脂肪酸磷脂(monounsaturated fatty acid-containing phospholipids, MUFA-PL)的豐度顯著降低。轉移性腫瘤傾向于產生更多含有4個或更多不飽和鍵的總磷脂、PE和PC，且在sn-2位置的多不飽和脂肪?；湥?8–22碳）更豐富（圖1D-H）。這些結果表明，含有長鏈多不飽和脂肪酸(long-chain PUFAs, LC-PUFA)的磷脂是轉移性TNBC的代謝特征。

圖1. 在轉移性TNBC腫瘤中，磷脂不飽和度升高

2、 ACSL4升高與TNBC預后不良相關，并有助于轉移

TNBC相較于ER陽性乳腺癌(ER+BC)具有更高的轉移傾向，且其腫瘤細胞中富含多不飽和磷脂(PL-PUFAs)，而ER+BC則富含單不飽和磷脂(PL-MUFAs)。這提示TNBC存在獨特的磷脂重塑現象，可能促進腫瘤轉移。為了探索TNBC細胞中調節PUFA-磷脂重塑的關鍵酶，作者通過分析數據集 METABRIC，發現ACSL4等基因在TNBC中與磷脂重塑相關，且ACSL4在TNBC細胞中表達上調。研究人員通過免疫組化染色評估了30例TNBC患者配對腫瘤和正常組織中ACSL4蛋白水平，發現TNBC組織中ACSL4蛋白染色更強（圖2A-B）。在包含95例腔內乳腺癌、34例HER2陽性乳腺癌和31例TNBC患者的組織微陣列芯片(Tissue Microarrays, TMA)中，TNBC的ACSL4 IHC評分高于其他亞型（圖2C-D）。Kaplan-Meier生存分析顯示，ACSL4高水平與乳腺癌患者的N期和較差總生存期顯著相關（圖2E-F）。ACSL4表達與遠處轉移相關，轉移性TNBC患者的原發腫瘤中ACSL4 mRNA水平更高（圖2G-H）。ACSL4表達與遠端無轉移生存率呈負相關。在 NCG小鼠模型中，與原發腫瘤相比，肺和肝轉移瘤中ACSL4水平更高。ACSL4敲低損害了TNBC細胞的遷移和侵襲能力，而異位ACSL4則恢復了這些能力。在NCG小鼠模型中，MDA-MB-231中ACSL4的缺失顯著誘導CTC凋亡，降低肺和肝臟的轉移負擔，并減少轉移灶中Ki-67陽性細胞（圖2J-O）。這些結果表明ACSL4是TNBC轉移的關鍵因素，可作為惡性TNBC的生物標志物。

圖2. ACSL4增強與TNBC預后不良相關，并促進轉移

3 、ACSL4促進TNBC細胞中PUFA-PLs的產生

為了揭示ACSL4在TNBC細胞中對PUFA-PLs生成的調控機制，研究人員通過實驗發現ACSL4在TNBC細胞中通過促進多不飽和脂肪?；字?PUFA-PLs)的生成來調節細胞膜磷脂組成（圖3A），并影響TNBC細胞的轉移能力。研究發現，ACSL4缺失導致PUFA-CoA減少，SFA-CoA和MUFA-CoA增加，同時PUFA-PLs（如PUFA-PC和PUFA-PE）也減少。ACSL4敲低的細胞中，飽和程度為4的磷脂（包括PE和PC）百分比降低，而飽和程度為1的磷脂百分比增加。此外，ACSL4敲除顯著降低了特定LC-PUFA-PLs（如PE(18:0/20:4)和PE(16:0/20:4)）的水平（圖3C-D）。這些變化導致細胞膜流動性降低，表明ACSL4對TNBC細胞膜磷脂組成和生物學特性有顯著影響（圖3E-G）。另外，研究還證明，ACSL4介導的PUFA-PLs變化影響TNBC轉移。實驗中，ACSL4敲低的腫瘤細胞分別用SFA-PE、MUFA-PE和PUFA-PL處理后，外源性PAPE脂質體顯著恢復了細胞的侵襲能力和失巢凋亡抵抗，并增加了轉移負荷及Ki-67陽性細胞數量（圖3H-K）。PAPE未顯著降解為AA或LPA，且PLA2抑制劑giripladib不影響PAPE處理后的細胞侵襲和失巢凋亡抗性，表明PAPE本身而非其代謝物在ACSL4沉默的乳腺癌細胞中起代償作用。ACSL4通過調節膜磷脂組成和不飽和度，促進乳腺癌細胞的侵襲、抗凋亡和轉移性生長。

圖3. ACSL4促進TNBC細胞PUFA-PL的產生

4 、磷脂重塑促進了ITGB1和CD47在脂筏中的定位和相互作用

為了探究ACSL4介導的細胞轉移機制，研究人員分析了ACSL4相關的信號網絡，對乳腺癌腫瘤中的基因表達譜（來自TCGA數據庫）進行分析發現ACSL4表達與腫瘤轉移相關的信號通路存在相關性，例如細胞外基質-受體相互作用和黏著斑形成。研究表明，膜磷脂飽和度會影響脂筏中受體的定位和激活，而ACSL4介導的磷脂不飽和可能激活脂筏中的促轉移信號分子，進而促進轉移相關信號通路。實驗顯示，ACSL4敲除后，脂筏中的CD47和ITGB1蛋白水平顯著降低，而外源性PAPE脂質體處理可恢復其水平（圖4A-E）。此外，ACSL4敲除削弱了CD47與ITGB1的相互作用，而PAPE脂質體處理可部分挽救這種相互作用，但脂筏抑制劑MβCD可阻斷該效應（圖4G）。這些結果表明，ACSL4介導的磷脂重塑通過調節CD47和ITGB1在脂筏中的定位和相互作用，促進了TNBC細胞的轉移能力。

圖4. 磷脂重塑促進了ITGB1和CD47在脂筏中的定位和相互作用

5 、CD47對于不飽和磷脂介導的整合素β1/FAK信號的激活至關重要

為了探討ACSL4介導的膜磷脂重塑對整合素β1(ITGB1)活性及其下游FAK信號通路的影響。通過結果表明，ACSL4缺失減少了活化整合素β1(Act-ITGB1)在脂筏中的定位和蛋白水平，但外源性PAPE脂質體處理可恢復其水平（圖5A-D）。PAPE處理還增強了pFAK水平，激活了FAK信號通路，促進了細胞侵襲和抗失巢凋亡，而這些效應可被CAV1沉默或FAK抑制劑defactinib阻斷。此外，CD47是整合素β1/FAK信號激活和細胞侵襲的關鍵因子，ACSL4缺失降低了Act-ITGB1與CD47的共定位，而PAPE處理可恢復這種共定位，但CD47沉默會削弱PAPE的恢復作用（圖5E-J）。體內實驗進一步證實，高表達ACSL4的TNBC腫瘤中，Act-ITGB1在脂筏中的定位增強，且FAK信號激活顯著增加。這些結果表明，ACSL4通過膜磷脂重塑影響整合素β1的脂筏定位和活性，進而激活FAK信號通路，促進TNBC細胞侵襲，而CD47在這一過程中發揮重要作用。

為了證明體內ACSL4表達與ITGB1/FAK信號激活之間的關聯，研究人員分析了TNBC腫瘤組織中ACSL4、ITGB1和pFAK蛋白水平。高表達ACSL4的腫瘤增強了Act-ITGB1在脂筏中的表達和定位（圖6A-B），這與FAK信號激活增加顯著相關（圖6C-D）。

圖5. CD47對于不飽和磷脂介導的整合素β1/FAK信號的激活至關重要

圖6. 在TNBC樣本中，ACSL4表達水平與ITGB1和FAK激活狀態呈正相關

6 、靶向ACSL4增加TNBC對化療的敏感性，抑制TNBC的生長和轉移

為了評估靶向ACSL4在TNBC治療中的潛在價值。實驗結果顯示，ACSL4低表達的TNBC患者對紫杉醇(PAC)治療更敏感，而高表達者則表現為耐藥（圖7A-C）。在40例接受紫杉醇治療的患者中，耐藥腫瘤的ACSL4蛋白水平顯著更高。進一步的體內實驗表明，ACSL4抑制劑PRGL493聯合紫杉醇和順鉑(Cisp)治療顯著抑制了TNBC小鼠模型的腫瘤生長和轉移，效果優于單獨或兩藥聯合治療（圖7D-J）。此外，PRGL493單獨處理可縮小對照TNBC細胞的腫瘤體積，但對ACSL4缺陷細胞無影響，并且治療未引起小鼠體重的明顯變化。機制上，PRGL493處理降低了腫瘤細胞中含LC-PUFAs的磷脂水平。這些結果表明，靶向ACSL4可增強TNBC對化療的敏感性。

圖7. 靶向ACSL4可增加TNBC對化療的敏感性并抑制其生長和轉移

研究結論

TNBC患者預后差，因其侵襲性和高轉移性，且缺乏有效治療靶點。研究發現，轉移性TNBC細胞中磷脂不飽和度顯著增加，ACSL4（長鏈?；o酶A合成酶4）上調，驅動PUFA摻入磷脂，導致膜磷脂重塑。ACSL4介導的磷脂重塑促進脂筏中整合素β1和CD47的富集及相互作用，激活整合素β1/FAK信號通路，促進TNBC轉移（圖7）。靶向ACSL4可增強TNBC對化療的敏感性，為TNBC治療提供新策略。脂筏在ACSL4介導的信號傳導中起關鍵作用，促進整合素β1與CD47的相互作用和信號激活。CD47對整合素β1功能至關重要，其缺失會削弱ACSL4介導的FAK磷酸化和TNBC的侵襲及抗失巢凋亡能力。此外，聯合使用ACSL4抑制劑PRGL493、紫杉醇和順鉑可顯著抑制TNBC生長和轉移，表明靶向ACSL4可增強化療效果。綜上所述，ACSL4介導的磷脂重塑是TNBC轉移的關鍵機制，靶向ACSL4有望成為TNBC治療的新靶點，改善患者預后。

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孔涵蕊 撰文

SY 校稿