Nature | 苏华、孙倍成、Michael Karin等发现胶原蛋白裂解依赖的DDR1信号决定胰腺癌的预后-其他-智连星医
2022年10月5日，美国加州大学圣迭戈分校Michael Karin教授团队（苏华博士为第一作者）与南京大学医学院附属鼓楼医院孙倍成教授合作,在Nature发表了题为 “Collagenolysis-dependent DDR1 signaling dictates pancreatic cancer outcome”的文章，首次揭示胰腺导管腺癌（Pancreatic ductal adenocarcinoma， PDAC）ECM中I型胶原蛋白（Col I）的降解状态决定了PDAC的发展和患者的生存期，切割形式的Col I（cleaved Col，cCol I）通过激活DDR1-NRF2通路上调肿瘤细胞巨胞饮活性（Macropinocytosis, MP）和线粒体发生，促进肿瘤代谢和PDAC发展，并缩短了PDAC患者的生存期，而全长形式的Col I (intact Col I,iCol I)则起相反作用，靶向干预DDR1-NRF2通路能显著抑制肿瘤发生。这些结果表明，Col的存在状态在肿瘤发生中发挥重要作用，以肿瘤细胞和胞外基质互作为靶标的肿瘤治疗具有良好的应用前景。PDAC是一种高度恶性肿瘤，五年平均生存期短，目前尚无有效治疗手段。肿瘤细胞被大量的结缔组织包裹是PDAC最为显著的组织学特征，PDAC形成了低氧、营养缺乏和免疫抑制的TME（肿瘤微环境）。PDAC的TME包括ECM（细胞外基质），CAF（肿瘤相关成纤维细胞）和少量血管。临床研究发现惰性基质（低表达金属蛋白酶MMPs，低表达α-SMA，Col沉积）的PDAC患者，临床预后更好，而裂解型基质则相反。作者通过对TCGA数据分析也发现，高表达MMP的患者，预后更差。不同的基质状态是如何决定患者PDAC的发展和预后呢？Col I是ECM中最为丰富的蛋白，被MMP切割后形成3/4 Col I和1/4 Col I。作者利用能特异识别iCol和3/4 Col I的抗体对大量PDAC患者样本进行组织学分析并与他们的生存期进行关联分析发现，高表达3/4 Col I的患者，生存期更短，而高表达iCol I的患者生存期更长。为了研究Col的存在形式如何调控肿瘤细胞生长，作者利用野生小鼠（Col IWT)和Col I不能被MMP切割小鼠（Colr/r）的基质分别模拟裂解型基质和惰性基质开展研究发现，iCol I能显著抑制小鼠胰腺原位种植瘤的发展和肝转移，抑制脾内移植瘤模拟的PDAC肝转移。为研究cCol I和iCol I对人PDAC的作用，作者利用Patient derived-xenograft制备的1305细胞与成纤维细胞皮下共注射裸鼠发现，Col I不能被切割的成纤维细胞（RR）能显著抑制肿瘤细胞生长，而敲除Col I能逆转这一作用，但并未影响野生型成纤维细胞（WT）对肿瘤生长的促进作用，表明iCol I对肿瘤细胞生长的抑制作用具有特异性。通过对生长在WT和RR基质上的PDAC细胞进行RNA测序发现，RR ECM能显著抑制MP相关基因、线粒体电子传递链基因和线粒体核糖体基因的表达，提示Col I 状态能控制肿瘤细胞代谢。进一步对生长在WT和RR ECM上的PDAC细胞的代谢分析发现，cCol I促进而iCol I抑制肿瘤细胞对胞外基质的摄取、氨基酸和ATP的产生以及NADPH/NADP的比值。与RNA测序的结果一致，作者还发现cCol I促进而iCol I抑制PDAC细胞MP（巨胞饮途径，Macropinocytosis）活性、MP相关蛋白表达、线粒体数目和线粒体相关蛋白表达。这些结果表明，Col I 状态能控制肿瘤细胞代谢。Col I 状态是如何控制肿瘤细胞代谢进而影响肿瘤细胞生长的呢？作者通过敲除PDAC细胞中Col I的受体发现，只有敲除DDR1能显著抑制生长在WT ECM上PDAC细胞的MP活性和线粒体发生。通过对原位和肝转移PDAC患者样本的单细胞测序分析发现，只有DDR1特异性高表达于肿瘤细胞中。通过一系列生化、分子生物学和细胞生物学手段，作者发现cCol I激活而iCol I抑制酪氨酸激酶DDR1的活性，进而促进/抑制NF-kB-p62-NRF2通路。作者曾在2021年的Cancer Cell报道，NRF2能转录激活MP，在本研究中作者进一步解析了调控NRF2-MP的上游信号通路，并发现NRF2还能直接转录调控TFAM，上调线粒体发生。总之，Col I 的不同状态通过调控DDR1-NF-kB-p62-NRF2通路控制肿瘤细胞代谢。通过对106例PDAC临床样本的组织学分析发现，cColⅠ的蛋白水平与DDR1、NF-kB（p65）、p62、NRF2、MP相关蛋白和线粒体蛋白（SDHB）的蛋白水平显著正相关。更为重要的是，与低表达cCol I、DDR1和NRF2的PDAC患者比较，高表达的患者生存期更短。这些结果与所构建的PDAC临床前模型一致，表明裂解型基质通过NRF2调控的MP活性和线粒体发生驱动术后PDAC患者的复发。最后，作者通过干预Col介导的DDR1-NF-kB-p62-NRF2通路、MP活性和线粒体发生在体内外研究发现，阻断上述靶点能显著抑制肿瘤细胞代谢、原位和肝转移PDAC发展。以上结果表明，Col的存在形式是控制PDAC发展和患者预后的重要因素，为以肿瘤细胞-基质互作为靶标的治疗奠定了基础。本文的第一作者是UCSD的苏华博士，共同第一作者是南京大学医学院附属鼓楼医院的杨非博士；通讯作者是Michael Karin教授和孙倍成教授。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05169-z
