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肿瘤微环境中的牛磺酸通过糖酵解促进白血病发生

期刊:natureDOI:10.1038/s41586-025-09018-7

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一、研究团队与发表信息
本研究由Sonali Sharma、Benjamin J. Rodems等来自University of Rochester Medical CenterUniversity of Colorado Anschutz Medical Campus等14家机构的联合团队完成,通讯作者为Jeevisha Bajaj。论文题为《Taurine from tumour niche drives glycolysis to promote leukaemogenesis》,于2025年8月7日发表于Nature期刊(卷644,页263-272),DOI为10.1038/s41586-025-09018-7。

二、学术背景与研究目标
科学领域:本研究聚焦于急性髓系白血病(AML)的肿瘤微环境(TME)调控机制,涉及代谢重编程癌症干细胞(LSC)依赖性的交叉领域。
研究动机:尽管已知微环境信号对癌症进展至关重要,但此前缺乏对白血病干细胞(LSC)与骨髓基质生态位(niche)动态互作的系统性研究。
关键科学问题
1. 白血病进展中骨髓微环境的动态变化特征;
2. 微环境分泌的代谢物(如牛磺酸)如何通过LSC表面受体驱动疾病进展;
3. 靶向牛磺酸-TAUT(taurine transporter)轴的潜在治疗价值。

三、研究流程与方法
1. 微环境动态图谱构建
- 研究对象:小鼠骨髓基质细胞(CD45−Ter119−)及人AML患者样本(n=3 MDS和AML骨髓穿刺液)。
- 方法
- 时间分辨单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析白血病不同阶段(初始期、扩展期、终末期)的基质细胞亚群变化;
- 流式细胞术验证细胞群比例变化(如间充质干细胞MSC和成骨系细胞扩增)。
- 创新点:首次揭示AML进展中成骨系细胞特异性上调CDO1(cysteine dioxygenase type 1)驱动的牛磺酸合成通路。

  1. LSC-微环境互作网络解析

    • 数据整合
      • 结合人LSC的RNA-seq数据和体内CRISPR筛选结果,筛选LSC表面受体依赖基因;
      • 通过NicheNet算法预测受体-配体互作,锁定TAUT(SLC6A6编码)LDLR为关键受体。
    • 实验验证
      • 基因敲除(CDO1fl/flPrrx1-Cre小鼠)证实成骨系细胞牛磺酸合成对LSC生长的必要性;
      • 患者样本免疫组化显示CDO1蛋白在AML复发时显著升高(p<0.0001)。
  2. TAUT功能机制研究

    • 模型构建
      • 全局性Slc6a6−/−小鼠及患者来源异种移植(PDX)模型;
      • 小分子抑制剂(TAG/GES)阻断牛磺酸摄取。
    • 多组学分析
      • 代谢组学发现TAUT缺失导致糖酵解代谢物(如丙酮酸、3-磷酸甘油酸)减少;
      • 磷酸化蛋白质组揭示mTOR信号通路活性下降(p-mTOR降低2.2倍)。
  3. 治疗潜力验证

    • 协同效应:TAUT抑制剂与Venetoclax(BCL-2抑制剂)联用可协同抑制原代AML细胞集落形成(最高150倍,p<0.0001);
    • 临床相关性:TCGA数据分析显示SLC6A6高表达与AML患者不良预后显著相关(HR=1.80, p=0.0036)。

四、主要研究结果
1. 微环境重塑特征
- scRNA-seq鉴定出21个基质细胞亚群,疾病进展中成骨系细胞比例增加(p=0.012),伴随糖酵解通路激活;
- 人AML样本中CDO1表达与疾病进展正相关(AML复发vs诊断期,p=0.0003)。

  1. 牛磺酸-TAUT轴的功能

    • TAUT缺失使小鼠白血病模型生存期延长13.5%(p=0.0002),次级移植实验证实LSC自我更新能力受损(集落形成减少8.5倍);
    • 机制上,牛磺酸通过Rag GTPase依赖的mTORC1激活(需组成型活性RagaQ66L挽救)促进糖酵解。
  2. 治疗策略验证

    • 靶向TAUT可特异性抑制AML细胞(对正常CD34+ HSPC无毒性);
    • 耐药性AML中SLC6A6表达显著升高(BEAT-AML队列,p=8.41×10−104),提示其作为耐药标志物潜力。

五、结论与价值
1. 科学意义
- 首次阐明骨髓成骨系细胞通过CDO1-牛磺酸-TAUT-mTOR轴调控LSC代谢依赖性的时空动态;
- 提出“微环境代谢物感应”新范式,补充了氨基酸感知理论(如Rag GTPase调控)。

  1. 应用价值
    • TAUT抑制剂或可克服Venetoclax耐药性(尤其适用于RAS突变型AML);
    • 警示牛磺酸补充剂在白血病患者中的潜在风险。

六、研究亮点
1. 技术创新:整合时间分辨scRNA-seq、CRISPR筛选与多组学分析,建立微环境-LSC互作的全景图谱;
2. 概念突破:发现非经典氨基酸(牛磺酸)的致癌作用,拓展了肿瘤代谢研究范畴;
3. 转化潜力:TAUT作为可成药靶点的临床前证据充分,已进入抑制剂开发阶段。

七、其他重要发现
- 微环境来源的载脂蛋白E(APOE)通过LDLR协同支持LSC生长(shRNA敲低APOE使集落形成减少2.1倍);
- TAUT缺失对正常造血干细胞(HSC)长期再生能力的影响较小,提示治疗窗口较宽。


(注:全文约2000字,严格遵循学术报告格式,未翻译专业术语如scRNA-seq、CRISPR等,并在首次出现时标注英文原词。)

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