近日,中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所)初雅婧、袁卫平团队在Blood Science发表题为LPCAT3 is essential for leukemia progression and represents a therapeutic vulnerability in AML的研究论文。研究发现,溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3(LPCAT3)在急性髓系白血病(AML)中表达升高,并与较差的生存结局相关。降低LPCAT3表达可抑制白血病细胞增殖、促进凋亡,并减少小鼠体内的白血病负荷。研究还发现,LPCAT3缺失会改变趋化相关基因的表达,其中CCL24参与了部分下游效应。
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急性髓系白血病的发生发展与基因突变密切相关,但白血病细胞的持续扩增,也离不开代谢活动的支持。近年来,脂质代谢逐渐成为AML研究的重要方向。脂质既参与供能和膜结构的形成,也影响膜受体分布及细胞内信号传递。因此参与膜磷脂重塑的酶,可能成为干预白血病细胞生长的切入点。
细胞膜中的磷脂并非一经合成便保持不变。通过Lands循环,细胞不断调整磷脂上的脂肪酸链,以维持膜的组成和功能。LPCAT3是这一过程中的重要酶,其可将花生四烯酸等多不饱和脂肪酸引入磷脂。这种重塑会影响膜流动性,也与炎症反应、氧化应激和铁死亡有关。
已有研究在多种实体瘤中观察到LPCAT3的作用,但其影响具有明显的肿瘤类型差异。在AML中,公共数据库分析曾提示LPCAT3高表达与不良预后相关,直接的功能证据却相对有限。白血病细胞是否依赖LPCAT3维持生长,降低其表达能否抑制疾病进展,仍需要实验验证。为此,研究团队主要采用MOLM-13(人急性髓性白血病细胞)和THP-1细胞(人单核细胞白血病细胞),结合临床样本分析与小鼠实验展开了相关研究,主要研究结果如下:
1. LPCAT3高表达与AML不良预后相关
研究人员首先比较了LPCAT家族各成员(LPCAT1,LPCAT2,LPCAT3和LPCAT4)的表达。基于TCGA-LAML和GTEx数据,LPCAT2和LPCAT3在AML样本中均有显著升高。生存分析进一步显示,LPCAT3高表达患者的总生存期较短,而LPCAT2未见同样的显著关联。
随后,研究人员分析了TCGA数据库中31种不同肿瘤的LPCAT3的表达,发现其在多形性胶质母细胞瘤(GBM)、肾嫌色细胞癌(KICH)、低级别胶质瘤(LGG)和睾丸生殖细胞肿瘤(TGCT)中高表达,在肾上腺皮质癌(ACC)中低表达。意味着LPCAT3在不同肿瘤中有可能发挥不同的作用。
那么LPCAT3在AML患者中的表达情况如何呢?研究人员获得了9例AML患者和7例健康供者的骨髓单核细胞,同样发现LPCAT3显著上调。
另外BloodSpot数据库分析显示,按常见基因突变分组后,其表达并未明显集中于某一特定突变亚群,意味着LPCAT3的高表达可能独立于特定的基因突变;多种AML亚型中的LPCAT3表达高于成熟中性粒细胞和单核细胞。
2. 降低LPCAT3表达抑制白血病细胞生长
研究人员在MOLM-13细胞中利用shRNA降低LPCAT3表达,随后检测细胞周期、凋亡及增殖情况。与对照相比,进入S/G2/M期的细胞减少,G0/G1期细胞增多,Annexin V阳性凋亡细胞比例升高,连续培养期间的细胞增长也受到抑制。THP-1细胞出现了相同方向的变化,说明这一现象并非仅见于单一细胞系。
为进一步确认结果,研究人员在MOLM-13细胞中使用三条独立sgRNA,通过CRISPR–Cas9靶向LPCAT3。三组细胞均表现出增殖减慢、凋亡增加及细胞周期推进受阻,与shRNA实验一致。相反,过表达LPCAT3则减少凋亡,促进细胞进入S/G2/M期,并加快细胞增长。在LPCAT3缺失细胞中重新表达野生型LPCAT3,还能部分恢复上述表型。不同干预方式及回补实验相互支持,表明LPCAT3可以调控AML细胞的增殖与存活。
研究人员随后将对照或LPCAT3敲低的MOLM-13细胞移植至免疫缺陷NCG小鼠,观察这一作用能否在体内重现。移植21天后,敲低组外周血、骨髓和脾脏中的人源CD45阳性白血病细胞比例均降低。组织学检查也显示,肝、脾和肾等器官的白血病浸润减少。小鼠生存期虽有延长趋势,但差异未达到统计学显著,这一结果有可能与样本量大小有关。
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3. CCL24参与LPCAT3缺失后的细胞反应
为了解LPCAT3缺失如何影响白血病细胞,研究人员对基因编辑后的MOLM-13细胞进行了RNA测序,共发现108个基因显著上调、55个基因显著下调。差异基因的功能富集涉及粒细胞趋化、迁移及免疫相关过程。
随后qPCR证实,C3AR1, CCL24, SLAMF1, CCL3L1和PDE4B的表达上调,而与细胞生长和存活有关的MDK表达下降,这些结果与转录组结果吻合。其中,CCL24引起了研究人员的注意:它是一种趋化因子,在患者数据中,其低表达与较短的总生存期相关。这与LPCAT3缺失后CCL24升高、细胞生长受抑的现象相呼应。
研究人员在LPCAT3缺失的细胞中进一步利用siRNA敲低CCL24,发现细胞增殖加快,凋亡比例下降;细胞周期也出现向S/G2/M期增加的趋势,但变化未达到明显的统计学显著性。这说明CCL24参与了LPCAT3缺失后的部分反应,不能将全部作用都归因于这一分子。
总之,这项工作用多种遗传学实验验证了AML细胞对LPCAT3的依赖。此前关于LPCAT3与预后的认识主要来自表达数据,而本研究进一步表明,改变LPCAT3水平会直接影响白血病细胞的增殖、凋亡和体内实验。CCL24的功能实验则将研究推进到下游效应分子,为继续追踪这一过程提供了具体对象。
LPCAT3本身是一种磷脂重塑酶,但本研究尚未通过脂质组学和酶活性实验,解释哪些膜脂变化导致了观察到的细胞反应,也未直接证明铁死亡参与其中。因此,不能把已有的LPCAT3生物学知识直接当作这篇论文已经证实的作用机制。
对于治疗应用,当前结果提供的是靶点的遗传学依据。研究尚未验证药物抑制LPCAT3在AML中的疗效,对正常造血干祖细胞的影响也有待评估。后续需要在更多AML亚型、原代细胞和患者来源移植模型中确认其作用,并检验药物干预能否在抑制白血病的同时保留正常造血。完成这些验证,才能进一步判断LPCAT3作为治疗靶点的实际价值。
https://www.ovid.com/jnls/bls/fulltext/10.1097/bs9.0000000000000296~lpcat3-is-essential-for-leukemia-progression-and-represents
制版人:十一
学术合作组织
(*排名不分先后)
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