AMT通过H3K27me3的调控机制抑制PI3K/AKT/GSK-3β/β-catenin通路，从而延缓非小细胞肺癌的进展

《European Journal of Pharmacology》：AMT inhibits the progression of non-small cell lung cancer by suppressing the PI3K/AKT/GSK-3β/β-catenin pathway via H3K27me3 regulation

　　甘氨酸代谢酶AMT在非小细胞肺癌（NSCLC）中低表达与预后差相关，过表达通过抑制PI3K/AKT/GSK3β/β-catenin通路及H3K27me3调控，抑制肿瘤细胞增殖、迁移和耐药性，动物模型验证其促癌作用。

　　

高一兴|郭国义|冯兰|甘萍|黄世瑞|唐子怡|梁倩|王燕|高玉琪|张二龙

中国重庆陆军医科大学新桥医院肿瘤研究所

摘要

甘氨酸代谢的重编程与癌症的发生和发展密切相关。甘氨酸裂解系统中的酶——氨基甲基转移酶（AMT）的mRNA和蛋白质表达在人类非小细胞肺癌（NSCLC）中降低，并与不良预后相关。AMT的过表达显著抑制了NSCLC细胞的增殖、迁移和耐药性。进一步的研究表明，AMT的上调在体内可以抑制NSCLC的进展。此外，AMT对NSCLC细胞的抑制作用是通过下调PI3K/AKT/GSK-3β/β-连环蛋白信号通路实现的。AMT的过表达还通过增加H3K27me3的水平来减少PI3K和AKT1的表达。这项工作揭示了AMT在调节NSCLC进展中的负面作用，这为潜在的治疗应用提供了依据。

引言

代谢重编程是多种癌症的常见特征，有助于癌症的发生和发展（Pavlova等人，2022年）。近年来，甘氨酸代谢在促进癌症恶性表型中的作用引起了广泛关注（Li和Ye，2020年）。为了阐明转化细胞中的代谢重编程特征，Jain等人报告称，甘氨酸的消耗和线粒体甘氨酸生物合成途径的表达对于癌细胞的失控增殖是必要的。精细调节甘氨酸的摄取和线粒体生物合成会导致癌细胞增殖受损（Jain等人，2012年）。这意味着癌细胞的快速增殖依赖于细胞内的甘氨酸含量。

与丝氨酸一起，甘氨酸是细胞内一碳单元的主要来源，并为大分子合成提供必需的前体。此外，甘氨酸和丝氨酸还调节细胞的氧化还原平衡和表观遗传修饰。此外，甘氨酸和丝氨酸的代谢可以通过产生初级甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（SAM）和ATP来调节细胞的甲基化反应。甘氨酸和丝氨酸可以通过影响细胞内的SAM水平来控制核苷酸和组蛋白的甲基化（Geeraerts等人，2021年）。甘氨酸的合成涉及两个不同的过程：一个在细胞质中，另一个在线粒体中。在细胞质中，甘氨酸由SHMT1从丝氨酸合成；在线粒体中，SHMT2介导甘氨酸从丝氨酸的生成（Geeraerts等人，2021年）。然而，与合成过程不同，甘氨酸的代谢主要在线粒体中进行。甘氨酸裂解系统由甘氨酸脱羧酶（GLDC）、氨基甲基转移酶（AMT）、甘氨酸裂解H蛋白（GCSH）和二氢脂酰胺脱氢酶（DLD）组成，该系统催化甘氨酸和四氢叶酸（THF）反应生成5,10-亚甲基四氢叶酸（CH₂-THF）、CO₂和NH₃，反应式如下：

甘氨酸 + THF + NAD⁺ ? CH₂-THF + CO₂ + NH₃ + NADH + H⁺

GLDC是一种含有吡哆醛磷酸的蛋白质；AMT是四氢叶酸依赖性反应所必需的蛋白质；GCSH是一种携带氨基甲基中间体和氢的蛋白质，通过其脂酰基结构发挥作用；DLD是一种常见的脂酰胺脱氢酶（Kikuchi等人，2008年）。

甘氨酸裂解系统在非小细胞肺癌（NSCLC）中的作用已被广泛报道。GLDC在NSCLC组织中的表达增加，促进了NSCLC肿瘤起始细胞的肿瘤发生（Zhang等人，2012年；Berazowska等人，2017年）。此外，GLDC通过调节糖酵解、DNA甲基化和上皮-间质转化来维持NSCLC的恶性特性，被视为NSCLC的治疗靶点（Woo等人，2018年；Wei等人，2017年；Lin等人，2017年；Chen等人，2021年）。除了参与甘氨酸代谢外，GCSH在胆管癌和乳腺癌中也高度表达，并作为铜死亡相关基因促进癌细胞的增殖、迁移和侵袭（He等人，2024年；Adamus等人，2018年）。然而，GCSH在肺癌中的作用尚未得到研究。DLD的表达上调与肺癌的不良预后和恶性表型相关（Li等人，2024年；Qi和Zhu，2023年）。然而，与GLDC和DLD的高表达相关的不利预后不同，AMT的高表达与肺癌患者的较好预后相关（Koseki等人，2018年）。尽管如此，AMT在NSCLC中的作用仍有待阐明。

在这项研究中，我们调查了AMT在NSCLC患者和细胞中的表达及其生物学作用。此外，我们还研究了AMT通过哪些途径调节NSCLC的增殖、迁移和耐药性。同时，我们也评估了AMT在动物模型中对NSCLC进展的影响。

部分内容摘要

NSCLC患者样本

本研究使用的所有患者样本均来自陆军医科大学第二附属医院，并获得了该医院医学伦理委员会的批准（2022-062-01），且患者或其监护人已签署知情同意书。这些样本包括17例肺腺癌患者的石蜡包埋样本，这些样本接受了AMT的免疫组化（IHC）分析。

细胞培养

人支气管上皮细胞系BEAS-2B

NSCLC患者中AMT的低表达与不良预后相关

为了评估AMT对NSCLC患者预后的影响，我们对癌症基因组图谱（TCGA）中的AMT表达与预后进行了相关性分析。结果表明，AMT的高表达与NSCLC患者的预后呈正相关，尤其是在肺腺癌患者中（图1A）。通过免疫组化（IHC）检测了陆军医科大学第二附属医院17对NSCLC样本中的AMT表达。

讨论

代谢重编程被认为是癌症的一个显著特征，因为它为癌症提供了高水平的能量底物和代谢物。近年来，代谢物和代谢酶在肿瘤发生中的非代谢功能受到了广泛关注（Lu和Wang，2018年；Sun等人，2022年）。在重编程的代谢途径中，一碳代谢在肿瘤进展中的广泛作用引起了人们的关注。作为一碳单元的主要来源，甘氨酸...

结论

本研究表明，AMT在NSCLC患者中表达下调，并与良好的预后呈正相关。AMT通过抑制PI3K/AKT/GSK3β/β-连环蛋白通路来抑制NSCLC的肿瘤发生，这一过程依赖于H3K27me3。AMT可能在NSCLC中起到肿瘤抑制作用。

CRediT作者贡献声明

王燕：研究工作。梁倩：研究工作。唐子怡：研究工作。黄世瑞：研究工作。高一兴：撰写初稿、研究工作、资金获取。张二龙：撰写、审稿与编辑、监督、项目管理。高玉琪：监督。郭国义：研究工作。甘萍：研究工作。冯兰：研究工作

未引用的参考文献

Berezowska等人，2017年；E等人，2023年；Liu等人，2021b年；Wei等人，2018年。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

伦理声明

患者研究获得了陆军医科大学第二附属医院医学伦理委员会的批准（2022-062-01）。

动物实验方案获得了陆军医科大学动物护理和使用委员会（AMUWEC20245324）的批准。

数据可用性声明

本研究使用和/或分析的数据集可向相应作者提出合理请求后获取。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（81802797）的资助。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

不适用。