《自然·代谢》：复旦大学附属肿瘤医院团队发现BCAT1突变促进肿瘤生长转移

　　要说癌细胞啥都抢，不过分吧。像亮氨酸、缬氨酸和异亮氨酸这样的支链氨基酸（BCAA）也在癌细胞的抢夺范围之列。此外，癌细胞还可以通过改变氨基酸的代谢来给自己生长和转移提供能量。

　　既往研究显示，BCAA代谢异常，如负责BCAA分解代谢的关键转氨酶1（BCAT1）表达增加可出现在多种癌症（胶质瘤、胃癌、白血病等）中，并与不同癌症的侵袭性表型有关。但截至目前，BACC代谢过程与癌症之间的关系，以及这一过程是否涉及基因突变还不是很清楚。

　　近期，复旦大学附属肿瘤医院的雷群英团队发现了一个BCAT1的功能获得性突变，BCAT1E61A。BCAT1E61A酶活性更高，可促进BACC分解，加速细胞生长和运动，为肿瘤迁移提供物质基础。此外，BACC分解产生的支链α-酮酸（BCKA）可直接与GTP蛋白酶（RhoC）结合，增强RhoC活性，同样有助于肿瘤生长和迁移。

　　他们还发现，血管紧张素II受体拮抗剂坎地沙坦可作为BCAT1E61A的抑制剂，不仅在体外抑制了RhoC活性和肿瘤细胞的迁移，还能在体内阻止小鼠胃癌的腹膜转移。

　　研究发表在《自然·代谢》上[1]。

　　通常情况下，BCAA转氨酶，BCAT1和BCAT2，可将BCAA转化为BCKA，同时也能催化α-酮戊二酸（α-KG）转化为谷氨酸。

　　雷群英团队一直致力于研究BACC转氨酶与肿瘤进展之间的关系。这次研究团队将重点放在了BCAT1上。

　　研究人员使用肿瘤细胞系百科全书（CCLE）数据库对所有已知的BCAA代谢关键酶的突变进行分析，结果发现，BCAT1在61位密码子上发生谷氨酸变为丙氨酸的突变频率最高（即BCAT1E61A，约占29.3%），该突变主要集中在白血病细胞系和胃癌细胞系中。

　　接下来为了验证胃癌患者中是否存在BCAT1E61A突变，研究人员收集了106例临床胃癌患者样本进行了DNA测序。结果发现，该突变的发生率为2.8%（3/106）。HE染色显示，携带BCAT1E61A突变的患者病理类型均为中度或分化较差的弥漫型胃癌。这说明，BCAT1E61A突变可能与肿瘤进展有关。

　　既然是发生在BCAT1上的突变，那BCAT1E61A是否会对BCAT1的活性产生影响呢？

　　为了验证这点，研究人员在体外分别用正向反应和逆向反应底物，测量了没有突变的BCAT1WT和BCAT1E61A的催化活性。结果发现，无论是正向反应还是逆向反应，BCAT1E61A的催化活性都要高于BCAT1WT。

　　进一步的液相色谱-质谱分析显示，BCAT1E61A能够增强细胞的整体代谢活性，包括BCAA、三氯乙酸循环、糖酵解、核酸和氨基酸的代谢。

　　为了分析BCAT1E61A对BCAA代谢过程的影响，研究人员建立了敲入点突变Bcat1KI/KI 转基因小鼠，并从Bcat1WT和Bcat1KI/KI 小鼠中分离了真皮成纤维细胞（MDFs），再用13C5和13C6标记的缬氨酸和亮氨酸对其进行培养。

　　结果发现，在BCAT1E61A突变的成纤维细胞中，这些标记的亮氨酸和缬氨酸的数量减少，而它们的分解产物变多了。也就是说，BCAT1E61A不仅增强了酶的活性，还加速了BACC的分解。

　　随后研究人员在胃癌和肺癌细胞系中建立了稳定敲除BCAT1的模型，并在这些细胞中外源性地表达BCAT1WT或BCAT1E61A。结果发现，BCAT1的缺失减弱了细胞的增殖和迁移能力，而过表达的BCAT1WT或BCAT1E61A均可促进细胞增殖，其中BCAT1E61A促进细胞迁移的能力更强。也就是说，BCAT1E61A突变给癌细胞提供了一个更好的生存环境。

　　在机制层面，通过免疫共沉淀（Co-IP）试验，研究人员发现了Ras同源基因家族成员C（RhoC），可能与BCAT1存在相互作用。当在胃癌和肺癌细胞系中敲除BCAT1后，RhoC活性也受到抑制，而当过表达BCAT1E61A时，RhoC活性又得到增强。

　　鉴于RhoC是调控细胞迁移和侵袭的主要分子。研究人员推测，BCAT1E61A可能通过积累源自BCAA分解的中间代谢物，来增强RhoC的活性，进一步促进肿瘤的生长和转移。

　　为了验证猜想，研究人员在敲除BCAT1后，添加BCAA或其代谢产物BCKA进行处理，再测量RhoC活性，结果发现，只有补充BCKA时，RhoC活性被明显增强了。随后的等温滴定量热法（ITC）测定结果显示，BCKA导致RhoC活性增强是通过与RhoC直接结合实现的。

　　总之，BCAT1E61A突变促进了BCAA的分解和BCKA积累，从而增强了RhoC活性，加速了癌细胞的增殖和迁移。

　　既然BCAT1E61A突变增加了肿瘤迁移，那么只要抑制这个突变不就能阻止肿瘤进展了。

　　没错。研究人员从美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物库中，挑选了多个抑制BCAT1E61A的药物，其中血管紧张素II受体拮抗剂坎地沙坦对BCAT1E61A抑制效果最好。体外研究同样证实，坎地沙坦可抑制RhoC活性和肿瘤细胞迁移。

　　此外，研究人员在小鼠体内注射胃癌细胞后，观察了小鼠腹膜转移的情况，结果发现注射表达BCAT1E61A细胞的小鼠，肿瘤数量和体积都有明显增长，而使用坎地沙坦或采用低BCAA饮食可以显著抑制肿瘤的生长和腹膜转移。

　　综上，该研究发现了BCAT1E61A突变促进了肿瘤生长和转移，而坎地沙坦或低BCAA饮食或可抑制这一现象。不过目前坎地沙坦或低BCAA饮食也只是在小鼠中进行了试验，想要应用在临床上还是需要进一步研究才行。