Integration of Metabolomics and Transcriptomics To Reveal Metabolic Characteristics and Key Targets Associated with Cisplatin Resistance in Nonsmall Cell Lung Cancer（解读人：林山云）

期刊名：J. Proteome Res

发表时间：（2019年8月）

IF：3.78

单位：

1. 上海第九人民医院药学系，上海交通大学药学院
2. 上海交通大学药物与生物化学系

 

物种：人源A549细胞系

技术：代谢组学及转录组学

一、 概述：（用精炼的语言描述文章的整体思路及结果）

持续的顺铂（cisplatin，DDP）给药会诱发耐药性而影响药效，然后机制仍未明了。通过整合代谢组和转录组数据，以药敏A549细胞株和耐药A549/DDP细胞株作为材料去挖掘潜在的代谢机制及耐药相关的关键靶标。广泛分析的结果表明19种代谢物与顺铂耐药性有密切关联，如氨酰-tRNA的生物合成、甘油磷脂及谷胱甘肽的代谢等。进一步地，转录组分析表明谷胱甘肽代谢在耐药株A549/DDP中明显受影响，指示谷胱甘肽代谢在耐药进程中起了重要作用。此外代谢组分析也提示CD13, GPX4, RRM2B, 和OPLAH等4种谷胱甘肽代谢相关的酶是顺铂耐药的关键靶标。更进一步的研究确认该4种酶在A549/DDP中过表达。以上机制的挖掘及潜在靶标的发现能有助于了解人们顺铂的耐药性。

二、 研究背景：（简要介绍研究进展动态、研究目的和意义）

肺癌是世界上最高发的癌症，其中非小细胞肺癌（Non–small cell lung cancer ，NSCLC）占了85%的比例。顺铂由于其疗效显著，过去20年来作为一线化疗药物使用。然而由于顺铂耐药性的出现，化疗效果受限。因此探索该药耐药性的机制具有重要意义。

三、实验设计：

四、研究成果：（重点图表展示）

1、在A549细胞中E-Cadherin过表达，但p-/ERK1/2、p-/STAT3、 p-/AKT在A549/DDP细胞中显著上调。证实了A549/DDP细胞系持续顺铂抗药性的建立。

顺铂对A549和A549/DDP细胞的作用：(A)CCK8细胞活力测试；(B) A549和A549/DDP细胞显微图示例； (C)WB检测A549和A549/DDP细胞中有顺铂处理时E-Cadherin, p-/ERK1/2,p-/STAT3, p-/AKT的表达； (D)灰度分析条形图。

2、(A549 (-), A549 (+), A549/DDP (-), A549/DDP (+)等4个实验组在PCA分析中明显分离；进一步对代谢物进行PLS-DA分析发现两组有明显的区别且无重叠。

A549和A549/DDP细胞代谢概括：(A-B) (A549 (-), A549 (+), A549/DDP (-), A549/DDP (+)的4个分组的PCA散点图；(C-F) PLS-DA点图及置换分析结果。

3、与顺铂抗药性相关的潜在代谢通路

通过PLS-DA分析，比较A549和A549/DDP细胞中有显著区别的变量，发现19种相关的代谢物，其中16种下调而3种上调。同时，串联质谱所得离子碎片的信息输入HMDB和Metlin作进一步确证。热图显示相关的上调/下调的代谢物的通路，指明A549/DDP细胞中某些代谢进程的改变，包括酰基-tRNA生物合成, 谷胱甘肽代谢, 氮代谢, 甘油磷脂代谢, 苯丙氨酸, 酪氨酸和色氨酸生物合成, 丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等。在4个组中受影响的通路类似并彼此差异，尤其A549和A549/DDP细胞中谷胱甘肽代谢在有无顺铂处理时差异明显。RNA测序分析指示A549和A549/DDP细胞中转录的差异，996个基因在A549/DDP细胞中特异表达，15830个基因在A549和A549/DDP细胞中都有表达。进一步分析标明不同通路的转录受到调节，比如膀胱癌通路和谷胱甘肽代谢通路。总而言之，谷胱甘肽代谢在A549/DDP细胞中显著改变。

4、与顺铂耐药性相关的谷胱甘肽代谢通路改变

结合RNA测序的分析结果，遗传水平的CD13,GPX4, RRM2B,和OPLAH在A549/DDP细胞中显著上调，CD13,GPX4, RRM2B,和OPLAH在谷胱甘肽代谢通路中的作用如下图所示。这些关键酶蛋白水平的改变也在后续WB试验中得到确认。在A549和A549/DDP细胞中GPX4, RRM2B及OPLAH等3个蛋白的表达在给药顺铂后无显著差异。上述结果表明，顺铂耐药性可能主要由谷胱甘肽代谢通路调节中的CD13,GPX4, RRM2B和OPLAH介导。

5、通过靶标抑制和基因沉默恢复A549/DDP细胞的DDP敏感性

CD13,GPX4, RRM2B和OPLAH几个酶在药物代谢中的功能意义，通过化学剂抑制和基因沉默试验检测。如下图，顺铂和乌苯美司（CD13抑制剂）或者RSL（GPX4抑制剂）联合给药能够增强A549/DDP细胞的DDP敏感性。RRM2B和OPLAH敲除也会使A549/DDP细胞增敏。这些结果表明上述酶类可能是克服肺癌中顺铂耐药性的有效靶标。

文章亮点（与产品的结合点）：

该文章整合了代谢组和蛋白组的数据，作为非靶标研究手段，对于发掘潜在的新目标行之有效。且结合统计学策略分析及通路分析，将发现的众多差异总结整合，能有效地概括关键的靶点。而且后期通过多种技术手段如WB等双重验证；加之基因沉默、抑制剂的使用进行回变验证，从不同角度、方向对组学发现的靶标进行严谨论证。是比较常用、完整充分的研究思路，值得学习借鉴。

阅读人：林山云