这项研究由Subhadip Mukhopadhyay和Alec C. Kimmelman共同完成，两人均来自美国纽约大学格罗斯曼医学院的放射肿瘤学系和Laura and Isaac Perlmutter癌症中心。研究成果发表于2021年4月的《Autophagy》期刊（第17卷第6期）。
学术背景
胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC）是最致命的癌症之一，其高水平的巨自噬/自噬（macroautophagy/autophagy）与肿瘤生长、免疫逃逸及治疗抵抗密切相关。因此，靶向自噬成为PDAC的治疗策略之一。然而，尽管此前研究发现自噬抑制会损害PDAC的线粒体代谢，但尚未明确究竟是何种代谢物在自噬抑制后成为限制性因素。本研究旨在揭示自噬在PDAC中对半胱氨酸（cysteine, Cys）代谢的关键调控作用，并阐明其具体机制。
研究流程
实验设计与模型构建
- 研究对象：采用多种PDAC细胞系及小鼠PDAC模型。
- 自噬抑制方法：通过药物（氯喹，chloroquine, CQ）或RNA干扰（靶向必需自噬基因如ATG7或ATG4B）抑制自噬。
- 代谢物分析：通过液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）检测细胞内氨基酸水平，发现自噬抑制显著降低细胞内半胱氨酸水平。
机制探索
- 半胱氨酸代谢通路：发现PDAC细胞依赖自噬调控半胱氨酸转运蛋白SLC7A11（即xCT）的活性与定位。
- SLC7A11的转运功能：通过测量胱氨酸（cystine）摄取和谷氨酸（glutamate）分泌，证实自噬抑制导致SLC7A11活性下降。
- SLC7A11的定位变化：免疫荧光和免疫印迹显示，自噬抑制后SLC7A11从细胞膜转位至溶酶体，这一过程依赖于mTORC2（mechanistic target of rapamycin kinase complex 2）的磷酸化（Ser26位点）。
分子机制验证
- LC3-II的作用：发现脂化LC3（LC3-II）通过与微管网络相互作用，调控SLC7A11的转运。
- mTORC2的调控：通过敲低RICTOR或mTOR，证实mTORC2介导了SLC7A11的溶酶体定位。
体内实验
- 小鼠模型：在PDAC小鼠模型中，通过免疫组化验证自噬抑制导致SLC7A11在肿瘤组织中的积累及溶酶体定位。
主要结果
- 自噬抑制显著降低PDAC细胞内半胱氨酸水平，而补充N-乙酰半胱氨酸（NAC）可恢复细胞增殖能力。
- 自噬抑制导致SLC7A11活性下降，并伴随其从细胞膜转位至溶酶体。
- mTORC2通过磷酸化SLC7A11（Ser26）驱动其溶酶体定位，从而抑制其转运功能。
- 脂化LC3（LC3-II）参与调控SLC7A11的细胞内转运。
结论与意义
本研究首次揭示自噬通过调控SLC7A11的活性与定位维持PDAC细胞的半胱氨酸代谢平衡，为靶向自噬的PDAC治疗提供了新理论依据。自噬抑制导致SLC7A11功能丧失，进而引发半胱氨酸匮乏和氧化应激，最终抑制肿瘤生长。这一发现不仅填补了自噬与代谢调控领域的空白，也为开发联合靶向自噬和半胱氨酸代谢的治疗策略提供了潜在方向。
研究亮点
- 创新性机制：首次阐明自噬通过mTORC2-LC3-II通路调控SLC7A11的溶酶体转位。
- 临床意义：为PDAC治疗提供了新的代谢脆弱性靶点。
- 跨癌种比较：指出自噬的代谢调控功能可能因癌症类型而异，即使存在相同的致癌驱动因子（如KRAS突变）。
其他价值
本研究还提示，未来可探索基于自噬抑制与其他代谢靶向药物的联合治疗策略，以最大化抗肿瘤效果。此外，研究团队的部分成员（如Alec C. Kimmelman）已围绕KRAS调控的代谢通路和自噬申请了多项专利，进一步凸显了该研究的转化潜力。
资助与利益声明
本研究受美国国立癌症研究所（NCI）及Lustgarten基金会等资助。A.C. Kimmelman作为Vescor Therapeutics公司的创始人，持有相关财务权益，并参与了多项与胰腺癌代谢靶向治疗相关的专利开发。