景杰生物 | 报道
CTNNB1 (编码β-catenin蛋白)是肝癌中突变频率最高的原癌基因 (22%)，超过一半的肝母细胞瘤中存在CTNNB1突变。β-catenin三号外显子编码的丝氨酸/苏氨酸磷酸化导致泛素化介导的β-catenin降解，三号外显子突变是肝癌中β-catenin最常见的突变，突变保护β-catenin蛋白不被降解，导致β-catenin信号通路的持续活化。然而，β-catenin活化突变是肝癌发生的原因还是结果不甚清楚。近日，中国医学科学院北京协和医学院张宏冰教授团队与上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心郑亮教授团队在国际知名学术期刊PNAS (IF=12.778) 上发表了题为Oncogenic β-catenin stimulation of AKT2–CAD-mediated pyrimidine synthesis is targetable vulnerability in liver cancer 的研究论文。该研究探索了β-catenin功能获得性突变在肝癌发生中的作用和病理机制，发现突变活化的β-catenin不仅引发肝脏肿瘤发生，而且加剧了TP53缺失或乙型肝炎病毒感染介导的肝癌发展，并发现致癌的β-catenin激活的AKT2-CAD介导的嘧啶合成是肝癌的可靶向致命弱点。这为肝癌治疗提供了新策略。景杰生物为该研究提供了磷酸化修饰组学分析及定制磷酸化位点抗体。
01 β-catenin活化突变在肝癌发生中的作用及其引起的主要代谢改变
研究团队利用肝脏β-catenin三号外显子缺失的小鼠来模拟临床肝癌患者β-catenin活化突变，经过长期、大量的小鼠实验，发现β-catenin活化突变启动了肝癌的发生，并发现该过程可能是良性肿瘤的恶性转化。由于β-catenin活化后需要很长的潜伏期才能引起肝癌，研究人员推测肝癌的恶性转化需要额外的遗传基因改变。通过分析临床肝癌的病理及基因突变特征，他们发现一半左右的β-catenin活化突变肝癌同时携带TP53突变。
乙肝 (HBV) 感染是肝癌发生的高危因素。由于高达10%的中国人是乙肝病毒携带者，一半的肝癌患者在中国。通过分析，研究团队发现接近20%的乙肝感染的肝癌患者携带β-catenin突变。通过模拟这两种不同的临床肝癌的分子病理特征，在小鼠模型中，肝脏β-catenin活化且TP53缺失的小鼠 (Tp53l/l;
β-cateninlox(ex3)/+) 以及肝脏β-catenin活化合并HBV转基因小鼠(HBV; β-cateninlox(ex3)/+) 比 β-cateninlox(ex3)/+小鼠，TP53敲除小鼠及HBV转基因小鼠更早发生HCC。因此，β-catenin活化不仅引发肝癌肿瘤发生，还会加剧Tp53缺失或乙型肝炎病毒感染介导的肝癌发展。图1 β-catenin活化突变不仅引发肝脏肿瘤发生，而且加剧了TP53缺失或乙型肝炎病毒感染介导的肝癌发展研究人员进一步对野生型和β-cateninΔ(ex3)/+的小鼠肝脏和MEF细胞模型进行非靶向代谢组学分析，结果表明β-catenin活化细胞系和肝脏中氨甲酰天冬氨酸、二氢乳清酸盐和乳清酸盐水平显著提高，β-catenin活化刺激了嘧啶的从头合成。
02 β-catenin通过转录激活AKT2进而促进CAD磷酸化来激活嘧啶合成
氨甲酰天冬氨酸和二氢乳清酸盐由嘧啶从头合成酶CAD催化，其活性取决于其不同位点的磷酸化水平，鉴于此，研究人员对野生型和连环蛋白β1活化的小鼠胚胎成纤维细胞系 (MEF) 和肝脏组织进行了磷酸化修饰组学分析，以确定潜在的连环蛋白β1调节的CAD磷酸化位点。研究发现β-catenin 活化的肝脏和MEF细胞中CAD的S1859和S1406位点发生了高度磷酸化。后续在肝脏模型上进行了ChIP-seq和RNA-seq分析，进一步确认了AKT2是β-catenin转录上调激酶，AKT2在没有S6K参与的情况下促进CAD的S1859和S1406位点磷酸化，进而促进各种细胞环境中的从头嘧啶合成。
图3 连环蛋白β1活化增强CAD磷酸化并促进AKT2转录为了探讨AKT2刺激嘧啶合成的治疗相关性，研究者进一步探究了β-catenin，AKT2或嘧啶合成抑制剂在抑制由致癌β-catenin驱动的细胞增殖和肿瘤发生的疗效。发现β-catenin、AKT2或嘧啶合成抑制剂可优先抑制β-catenin细胞的的增殖，并阻断β-catenin活化突变引起的肝癌发展。因此，靶向AKT2增强的嘧啶合成可能是β-catenin突变性肝癌的一种有希望的治疗策略。图4 抑制AKT2活化的嘧啶合成可破坏致癌β-连环蛋白介导的细胞增殖和肿瘤发生综上所述，该研究通过磷酸化修饰组学分析揭示了β-catenin活化突变是肝癌发展的主要致癌驱动因素。活化的β-catenin通过上调AKT2，增强CAD的S1859和S1406位点磷酸化，刺激产生更多的嘧啶核苷酸用于DNA合成，促进肝癌的发生发展。这一研究为肝癌的治疗提供了新的靶标分子和策略。中国医学科学院-北京协和医学院基础医学研究所张宏冰教授和上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心（国家儿童医学中心-上海）郑亮研究员为论文的共同通讯作者，张宏冰团队刘芳铭博士和盖晓晨博士为论文的共同第一作者。合作团队成员还有张宏冰教授团队的吴玉婷、尚柯卓、赵娜、邓唯唯，中国医科大学张宝慧，上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心的顾松教授、伍小宇、程绒绒，中国医学科学院北京协和医院陈杰教授，美国加州大学洛杉矶分校张正一博士。1. Fangming Liu, et al. 2022. Oncogenic β-catenin
stimulation of AKT2–CAD-mediated pyrimidine synthesis is targetable vulnerability in liver cancer. PNAS.本文由景杰学术团队报道，欢迎转发到朋友圈。如有转载、投稿等其他合作需求，请文章下方留言，或添加微信ptm-market咨询。#关注领取新人福利，下载最近三年影响因子（后台发送关键词“新人”）
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