8月24日，中国侨联新侨创新创业联盟副理事长、中南大学教授段燕文所在团队在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=38.1）国际著名权威杂志上在线发表了题为“Discovery of a mammalian FASN inhibitor against xenografts of non-small cell lung cancer and melanoma”的最新研究成果。该论文的第一作者是中南大学2017级博士研究生曹丹凤，通讯作者是段燕文教授和黄勇研究员。
异常脂质代谢在癌症的发生发展中发挥重要的作用，癌细胞重新编程脂肪酸代谢途径以满足其生长和生存的需求。脂肪酸合酶（Fatty acid synthase，FASN）是催化脂肪酸从头生成的关键酶。FASN表达上调被认为与许多癌症预后不良和癌症复发密切相关。由于正常组织主要从细胞外输入脂质，对 FASN 活性没有严格的要求。因此，FASN成为癌症治疗的一个吸引人的靶点。在过去的几十年里，虽然针对不同结构域的FASN抑制剂，包括Fasnall，GSK2194069，IPI-9119，orlistat，TVB-2640，TVB-3166 和TVB-3664等在临床前肿瘤模型或早期临床试验中取得了较好的效果，但目前，没有一个被批准用于治疗癌症。平板霉素最初通过与底物酰基载体蛋白（ACP）竞争作为细菌FabF/FabB的抑制剂而被发现，随后发现其对哺乳动物FASN也显示出强效的抑制活性（IC50= 0.3μM）。
为了发现针对NSCLC的选择性FASN抑制剂，该研究首先评价了 107个平板霉素衍生物对KRAS/NRAS突变的A549和NCI-H1299非小细胞肺癌细胞株的细胞毒性，并发现6-芳基取代的衍生物6p的活性和选择性优于其他FASN抑制剂TVB-3166、orlistat和cerulenin。
化合物6p能诱导A549和NCI-H1299 细胞G2/M周期阻滞和凋亡，并抑制其迁移和侵袭；与顺铂联用后能更明显降低肿瘤细胞的克隆形成。分子对接显示 6p 的 3-氨基-2,4二羟基苯甲酸部分可以与人 FASN 酮基合酶结构域（KS）的关键活性位点 His293和His331作用；分子动力学模拟显示6p比平板霉素与FASN结合更强。当肿瘤细胞培养基中的血清浓度仅为1%时，6p的细胞毒性可大幅度提高；与之相反，外源添加脂肪酸（油酸：棕榈酸 = 2:1）可以逆转由6p引起的细胞毒性。初步说明6p通过靶向 FASN 而抑制肿瘤细胞生长。
接下来，研究团队进一步揭示了6p的作用机制。RNA seq分析显示 6p明显下调NCI-H1299细胞中涉及从头脂肪生成（DNL）、细胞周期、DNA复制、有丝分裂和固醇合成途径相关基因的表达，并同时上调了细胞凋亡、铁死亡和氨基酸代谢等相关基因的表达。RT-qPCR结果验证了6p可以降低固醇调节元件结合转录因子 1（SREBF1）、硬脂酰辅酶 A去饱和酶1（SCD1）、乙酰辅酶 A 羧化酶（ACC）和FASN的表达。同时，Western blot 显示6p能够以剂量依赖的方式降低A549和 NCI-H1299细胞中FASN、SREBP-1c、p-AKT 及 p-mTOR 的表达。说明 6p通过靶向FASN而整体下调 DNL 及致癌信号通路关键蛋白的表达。脂质代谢组学显示 6p能降低 NCI-H1299 中甘油三脂类饱和脂肪酸（C16:0）和单不饱和脂肪酸（C18:1）的丰度，进一步说明6p靶向FASN的特异性。硬脂酸（C18:0）的显著积累可能是由 SCD1下调引起的。另外，NCI-H1299 细胞中多不饱和脂肪酸和奇数脂肪酰基链的显著增加，与外源性脂肪酸的代偿性摄取有关。最后，在A549裸鼠异种移植瘤模型中，发现6p单独或者联合顺铂使用能明显降低小鼠肿瘤体积和肿瘤重量，并降低肿瘤组织中FASN和p-AKT的表达，且无明显毒性。进一步在A375裸鼠异种黑色素瘤模型中发现6p也有优异的抗肿瘤作用，这说明6p具有进一步开发的潜力。
总的来说，特异性的 FASN 抑制剂 6p，能够通过重新编程脂肪酸代谢在体内外发挥强效的抗肿瘤作用。化合物 6p 可能与malonyl-ACP竞争性的抑制KS结构域的催化功能，阻断脂肪酸合成过程中FASN其他结构域的催化步骤。产物棕榈酸酯的减少可能会影响包括脂筏在内的膜结构，从而损害受体酪氨酸激酶的活性，导致PI3K-AKT -mTOR信号转导通路的抑制，最终引起SREBP-1，SCD1和ACC的下调。这些脂质生成酶都可作为靶点来治疗癌症，而单独使用6p治疗就能实现它们的全局性抑制作用。这项研究不仅发现了一种针对 KS结构域的特异性FASN抑制剂，具有巨大的转化潜力，而且还发现针对 FASN 单一结构域而引起从头脂肪酸合成的全面抑制能力，在以脂质代谢为靶点，攻克癌症的治疗方面可能会起到巨大的作用。
该团队的研究获得了国家111计划、国家自然科学基金项目、湖南省科技创新项目和湖南省研究生创新项目的支持。
来源：红网
