細(xì)胞代謝失調(diào)是導(dǎo)致惡性腫瘤發(fā)生和發(fā)展的原因之一。越來越多的證據(jù)表明，腫瘤代謝重編程是由內(nèi)在變異和腫瘤微環(huán)境共同協(xié)調(diào)的。然而，在代謝重編程過程中腫瘤細(xì)胞與非腫瘤微環(huán)境成分之間的相互作用尚未得到充分的研究。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）是成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見的原發(fā)性惡性腫瘤，具有高度侵襲性。盡管有積極治療，GBM的復(fù)發(fā)率和致死率仍然很高。

2024年10月中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院吳安華教授團(tuán)隊(duì)在”Hexosaminidase B-driven cancer cell-macrophage co-dependency promotes glycolysis addiction and tumorigenesis in glioblastoma”文章。研究采用蛋白互作組分析、CO-IP、CHIP和RNA-seq等技術(shù)， GBM中己糖胺酶B（HEXB）驅(qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞與巨噬細(xì)胞共依賴，促進(jìn)糖酵解依賴性腫瘤生長，為治療提供了潛在靶點(diǎn)。拜譜生物為該研究提供了蛋白互作組分析技術(shù)服務(wù)。

英文標(biāo)題：Hexosaminidase B-driven cancer cell-macrophage co-dependency promotes glycolysis addiction and tumorigenesis in glioblastoma

中文標(biāo)題：己糖胺酶B驅(qū)動(dòng)的癌細(xì)胞-巨噬細(xì)胞共依賴性促進(jìn)糖酵解依賴性和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的腫瘤發(fā)生

期刊：Nature communications

2024年影響因子：14.7

發(fā)表時(shí)間：2024年10月

客戶單位：中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院

研究材料：膠質(zhì)母細(xì)胞瘤

拜譜提供技術(shù)：蛋白互作組分析

研究思路：

一、研究結(jié)果

01.HEXB調(diào)節(jié)與TAMs相關(guān)的GBM細(xì)胞糖酵解過程

通過RNA-seq數(shù)據(jù)集分析，篩選出了3個(gè)差異表達(dá)基因（SIPA1L1、GUSB和HEXB），并通過預(yù)后分析發(fā)現(xiàn)HEXB與GBM和膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后呈負(fù)相關(guān)（圖1 a-c）。單細(xì)胞RNA分析顯示，HEXB在GBM細(xì)胞和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）中均有高表達(dá)，尤其在M2型TAMs中。HEXB的表達(dá)與IDH1突變型膠質(zhì)瘤中2-羥基戊二酸（2-HG）積累密切相關(guān)，且HEXB主要以同源二聚體（HEXB）形式在GBM中發(fā)揮作用（圖1 e）。進(jìn)一步的qPCR和ELISA分析顯示，HEXB在GBM細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中的mRNA和分泌水平升高（圖1 g）。綜合來看，HEXB可能通過促進(jìn)GBM細(xì)胞的糖酵解，與TAMs相互作用，作為GBM預(yù)后的不良標(biāo)志物。

圖2 HEXB是IDH1野生型膠質(zhì)瘤中的關(guān)鍵內(nèi)在分泌蛋白編碼基因，與癌細(xì)胞糖酵解活性和TAM操縱有關(guān)

（圖源：Zhu, Chen et al.，Nat Commun. 2024）

02.HEXB是GBM中癌細(xì)胞糖酵解和致瘤性的必要條件

通過在三種原代GBM球細(xì)胞系中沉默HEXB，發(fā)現(xiàn)糖酵解過程中的葡萄糖消耗和乳酸產(chǎn)生顯著減少，且HEXB的遺傳缺失和藥物抑制均能顯著降低GBM細(xì)胞的糖酵解速率（圖2 a-e）。相反，重組人HEXB的處理能恢復(fù)HEXB干擾后GBM細(xì)胞的糖酵解活性。HEXB沉默顯著降低了GBM細(xì)胞的體外增殖和體內(nèi)生長，而這種作用可能依賴于調(diào)節(jié)GBM細(xì)胞的葡萄糖代謝，而非誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，沉默HEXB的GBM細(xì)胞移植小鼠表現(xiàn)出腫瘤形成延遲和生存期延長（圖2 f、g）。綜上，HEXB是GBM細(xì)胞糖酵解的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，通過增強(qiáng)糖酵解活性參與調(diào)控GBM細(xì)胞增殖。

圖2 HEXB是增強(qiáng)GBM細(xì)胞糖酵解活性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子

（圖源：Zhu, Chen et al.，Nat Commun. 2024）

03.HEXB通過激活YAP1核轉(zhuǎn)位促進(jìn)糖酵解

轉(zhuǎn)錄組分析了HEXB沉默的GSC1細(xì)胞，并對與HEXB沉默下調(diào)基因相關(guān)的通路進(jìn)行富集分析，發(fā)現(xiàn)HEXB沉默導(dǎo)致葡萄糖反應(yīng)、整合素信號(hào)通路和YAP1相關(guān)基因的下調(diào)（圖3 a、b）。免疫組化分析顯示HEXB與YAP1在GBM組織中呈正相關(guān)，HEXB沉默顯著減少YAP1表達(dá)，而外源性HEXB促進(jìn)YAP1核轉(zhuǎn)位（圖3 c）。抑制HEXB增強(qiáng)LATS1磷酸化，減少YAP1總量并升高p-YAP1，反之，重組HEXB降低LATS1和YAP1磷酸化，升高YAP1總量（圖3 f、g）。YAP-5SA突變體能夠逆轉(zhuǎn)Gal-P引起的糖酵解和增殖抑制，而YAP1抑制劑verteporfin抑制了rhHEXB的作用（圖3 h、i）。結(jié)果表明，YAP1是HEXB加速GBM細(xì)胞糖酵解和增殖的關(guān)鍵介導(dǎo)因子。

圖3 HEXB通過促進(jìn)YAP1核定位來促進(jìn)糖酵解

（圖源：Zhu, Chen et al.，Nat Commun. 2024）

04.HEXB通過穩(wěn)定ITGB1/ILK復(fù)合物促進(jìn)GBM細(xì)胞中YAP1的激活

HEXB可促進(jìn)GM2轉(zhuǎn)化為GM3，但GM3已被證實(shí)對膠質(zhì)瘤具有保護(hù)作用，抑制細(xì)胞增殖和侵襲。本研究發(fā)現(xiàn)，外源性GM3或GM2A敲低均未顯著影響GBM細(xì)胞的增殖和乳酸產(chǎn)生，表明HEXB通過其酶活性促進(jìn)GBM發(fā)展，而非依賴GM3。此外，HEXB抑制劑Gal-P顯著削弱其糖酵解促進(jìn)作用和下游信號(hào)激活（圖2 c-e）。通過蛋白互作組分析發(fā)現(xiàn)HEXB可與膜受體ITGB1和ILK結(jié)合，形成跨膜蛋白復(fù)合物，進(jìn)一步促進(jìn)YAP1核轉(zhuǎn)位（圖4 a）。GST pull-down和截短突變實(shí)驗(yàn)表明（圖4 b-f），HEXB的酶活性中心（asp196）位于81-200aa片段，該區(qū)域是HEXB與ITGB1結(jié)合的關(guān)鍵位點(diǎn)，asp196突變顯著削弱HEXB與ITGB1的結(jié)合能力，證明HEXB酶結(jié)構(gòu)域在其與ITGB1的結(jié)合中至關(guān)重要。

圖4 HEXB通過穩(wěn)定GBM細(xì)胞中的ITGB1/ILK復(fù)合物來促進(jìn)YAP1活化

（圖源：Zhu, Chen et al.，Nat Commun. 2024）

05.YAP1/HIF1α軸轉(zhuǎn)錄調(diào)控HEXB形成正反饋回路

外源性HEXB蛋白上調(diào)HIF1α轉(zhuǎn)錄活性，敲低HEXB顯著減少HIF1α穩(wěn)定性和其下游基因（PKM2、HK2）表達(dá)（圖5 a-d）。ChIP實(shí)驗(yàn)顯示HIF1α可直接結(jié)合HEXB啟動(dòng)子區(qū)域（215–236bp）（圖5 l）。研究發(fā)現(xiàn)，IDH1野生型GBM細(xì)胞中HIF1α信號(hào)通路活性和轉(zhuǎn)錄活性高于IDH1突變型。抑制HEXB表達(dá)可減少IDH1野生型GBM細(xì)胞中HIF1α的下游效應(yīng)，補(bǔ)充HIF1α激活劑CoCl2可恢復(fù)上述效應(yīng)（圖5 i、j）。這些結(jié)果揭示了HEXB通過ITGB1/ILK/YAP1軸促進(jìn)HIF1α穩(wěn)定性，而HIF1α反過來激活HEXB轉(zhuǎn)錄，形成GBM細(xì)胞中的正反饋環(huán)路（圖5 m）。

圖5 YAP1/HIF1α有助于調(diào)節(jié)GBM細(xì)胞中HEXB轉(zhuǎn)錄

（圖源：Zhu, Chen et al.，Nat Commun. 2024）

06.HEXB通過促進(jìn)巨噬細(xì)胞趨化促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的惡性腫瘤

在TAMs模型中，與M2巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)顯著增強(qiáng)GBM細(xì)胞糖酵解活性。HEXB與M2標(biāo)志物CD163共定位（圖6 b），IDH1野生型GBM中HEXB與M1標(biāo)志物CD86無顯著相關(guān)。外源性HEXB增強(qiáng)THP1巨噬細(xì)胞趨化性和M2極化能力，且通過ITGB1受體介導(dǎo)趨化（圖6 d、e）。敲低HEXB或Gal-P處理抑制M2極化和巨噬細(xì)胞浸潤（圖6 c）。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，HEXB促進(jìn)腫瘤增長，敲低Hexb或Gal-P處理顯著延長小鼠生存時(shí)間并減少M(fèi)2浸潤（圖6 g）。結(jié)果表明HEXB通過調(diào)節(jié)免疫功能正常小鼠中巨噬細(xì)胞的趨化性和M2極化，從而推動(dòng)腫瘤惡性進(jìn)展。

圖6 HEXB有助于在GBM中建立惡性細(xì)胞和M2巨噬細(xì)胞之間的反饋

（圖源：Zhu, Chen et al.，Nat Commun. 2024）

07.HEXB靶向干預(yù)對IDH1野生型患者更有效

體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，HEXB抑制劑Gal-P在IDH1野生型膠質(zhì)瘤中療效更顯著，可抑制腫瘤生長、降低巨噬細(xì)胞標(biāo)志物和糖酵解相關(guān)蛋白表達(dá)（圖7a-d）。此外，HEXB靶向治療能顯著增強(qiáng)抗PD-1或CTLA4免疫治療效果（圖7 g、h）。本研究闡明了HEXB在GBM糖代謝異常和免疫抑制微環(huán)境中的作用，并為IDH1野生型膠質(zhì)瘤的聯(lián)合治療提供新靶點(diǎn)。

圖7 IDH1突變抑制HEXB靶向干預(yù)膠質(zhì)瘤的療效

（圖源：Zhu, Chen et al.，Nat Commun. 2024）

二.文章小結(jié)

HEXB是調(diào)控IDH1野生型膠質(zhì)瘤中癌細(xì)胞糖酵解與TAMs相互作用的重要介質(zhì)。HEXB通過內(nèi)在激活YAP1/HIF1α通路及調(diào)控TAMs表型，促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的糖酵解和腫瘤進(jìn)展（圖8）。在臨床模型中，抑制HEXB表現(xiàn)出顯著的治療效果，為將來將HEXB靶向策略應(yīng)用于GBM的臨床研究奠定了基礎(chǔ)。

圖8 HEXB在膠質(zhì)瘤中的作用

（圖源：Zhu, Chen et al.，Nat Commun. 2024）

三、拜譜小結(jié)

研究采用蛋白互作組分析、CO-IP、CHIP和RNA-seq等技術(shù)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中HEXB驅(qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞與巨噬細(xì)胞共依賴，促進(jìn)糖酵解依賴性腫瘤生長，為治療提供了潛在靶點(diǎn)。拜譜生物作為國內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)公司，可提供蛋白組、修飾組、代謝組、轉(zhuǎn)錄組等多組學(xué)產(chǎn)品服務(wù)，實(shí)現(xiàn)樣品前處理、質(zhì)譜檢測、數(shù)據(jù)檢索、生信分析一站式解決方案。歡迎咨詢！

參考文獻(xiàn)：

Zhu C, Chen X, Liu TQ, Cheng L, Cheng W, Cheng P, Wu AH. Hexosaminidase B-driven cancer cell-macrophage co-dependency promotes glycolysis addiction and tumorigenesis in glioblastoma. Nat Commun. 2024 Oct 1;15(1):8506. doi: 10.1038/s41467-024-52888-0. PMID: 39353936; PMCID: PMC11445535.