【青莲客户文章】北京协和医院发现双重靶向N-糖基化和铁死亡的胰腺导管腺癌创新治疗策略

胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）是最常见的富有侵袭性的胰腺恶性肿瘤，占胰腺癌病例的90%以上，俗称“癌中之王”，死亡率极高，其5年生存率仅11%左右^{[1, 2]}。深入探究PDAC确切致病机理，明确其进展转移机制，挖掘其潜在治疗靶点和治疗策略仍是一项重要任务。糖基化是一种广泛存在的蛋白翻译后修饰方式，在稳定蛋白质结构、引导蛋白质正确定位、辅助分子伴侣二聚化等方面发挥重要作用^[3]。最新的研究表明，蛋白质的异常糖基化可病理性重塑肿瘤分子生物学进程，增强肿瘤细胞对死亡信号的抵抗。铁死亡是一种新型的非调节性细胞死亡形式，其特征是铁离子依赖的膜脂质过氧化物毒性堆积导致细胞膜破裂，是治疗恶性肿瘤的新的有效手段^{[4, 5]}。糖基化和铁死亡是肿瘤代谢异常的重要生物学现象，可为癌症治疗提供新的干预措施。然而，目前尚不明确糖基化和铁死亡二者之间的相互关系，以及是否靶向糖基化途径可增强PDAC对铁死亡的敏感。

近日，来自北京协和医院病理科陈杰教授课题组在国际经典期刊《Cell Death and Differentiation》上发表了一篇题为“ Targeting N-glycosylation of 4F2hc mediated by glycosyltransferase B3GNT3 sensitizes ferroptosis of pancreatic ductal adenocarcinoma”的研究文章，北京协和医院病理科马恒博士为该论文的第一作者，陈杰教授和于双妮副教授为该论文的共同通讯作者。青莲百奥为该项目提供N-/O-糖基化蛋白质组学检测和转录组测序服务。

【文章标题】Targeting N-glycosylation of 4F2hc mediated by glycosyltransferase B3GNT3 sensitizes ferroptosis of pancreatic ductal adenocarcinoma

【发表期刊】Cell Death and Differentiation（IF=12.4）

【发表时间】2023.07

研究背景

在胰腺癌的组织学亚型中，胰腺导管腺癌（PDAC）是最常见的外分泌恶性肿瘤，占胰腺癌的90%以上。大量研究证据表明，异常的蛋白质糖基化修饰介导了多种恶性实体瘤抵抗细胞死亡诱导、逃逸免疫杀伤，促进胞内增殖信号传导和增强放化疗耐药等^[6]。铁死亡是一种新型的非调节性细胞死亡形式，其特征是铁离子依赖的膜脂质过氧化物毒性堆积导致细胞膜破裂，靶向铁死亡脆弱性可作为治疗恶性肿瘤新的有效手段^{[4, 5, 7]}。铁死亡的结局是细胞膜脂质过氧化破裂，而细胞膜的结构包括糖蛋白，胆固醇，糖脂质和磷脂双分子层。其中糖蛋白作为生物体内含量最为丰富的一种，在细胞膜的稳定性，流动性，多样性等方面发挥着重要作用。而糖蛋白的形成依赖于糖基化修饰，糖基化是一种精密调节的酶促反应过程，主要发生在内质网和高尔基体，在多种糖基化转移酶和糖苷酶的作用下将糖共价连接在蛋白质、脂质或其它糖类上。目前已有大量文献报道，糖基化参与PDAC的发生和发展，而靶向诱导PDAC细胞铁死亡可作为治疗PDAC的潜在策略，但糖基化在PDAC铁死亡中的作用及价值却尚不明确。

研究思路及内容

该研究通过N-/O-糖基化蛋白质组学、RNA-seq、大队列临床样本验证、细胞分子生物学、生化实验及原位成瘤模型等方法，围绕糖基化转移酶B3GNT3介导的4F2hc的N-糖基化修饰在胰腺导管腺癌铁死亡中的作用及调节机制发现：

1. 胱氨酸谷氨酸逆向转运体重链亚基4F2hc膜糖蛋白在RSL3诱导的PDAC细胞铁死亡中差异高表达。

2. 4F2hc蛋白在PDAC细胞及肿瘤组织中高度N-糖基化。

3. 在响应铁死亡的系列糖基化转移酶基因中，鉴定发现B3GNT3差异高表达，并通过与4F2hc相互作用参与4F2hc的N-糖基化修饰。

4. 4F2hc和B3GNT3在PDAC细胞和临床肿瘤组织中高表达，并且二者的高表达与PDAC患者预后较差正相关。

5. 基因敲除B3GNT3促进4F2hc的蛋白降解，削弱4F2hc与xCT的相互作用以及二者在细胞膜上的共定位表达，增强PDAC细胞中脂质过氧化物的产生，促进PDAC细胞对铁死亡的敏感。

6. 基因敲降SLC3A2促进PDAC细胞内脂质过氧化水平的增加及铁死亡的发生。

7. 过表达4F2hc的糖基化位点N365Q或4NQ突变体，降低4F2hc蛋白稳定性，加速4F2hc蛋白降解速率，抑制4F2hc招募xCT到细胞膜定位，导致PDAC细胞对铁死亡敏感。

8. 基因敲除B3GNT3或使用蛋白N-糖基化抑制剂衣霉素，均可抑制4F2hc的N-糖基化途径，降低4F2hc蛋白稳定性以及破坏4F2hc介导的xCT抗氧化系统的建立，最终导致PDAC细胞对铁死亡敏感。

9. 靶向干预B3GNT3-4F2hc-N-糖基化修饰途径有效抑制PDAC细胞的体内成瘤能力。

图1: N-/O-糖蛋白组学和RNA-seq结果揭示N-糖基化的4F2hc和糖基转移酶B3GNT3在PDAC细胞铁死亡过程中差异表达上调。

研究总结及展望

该研究首次发现在PDAC细胞铁死亡进程中，诸多铁死亡关键调节蛋白的糖基化修饰水平发生了显著变化，其中糖基化转移酶B3GNT3介导的4F2hc的N-糖基化修饰是招募xCT到细胞膜定位，维持system Xc-二聚体结构和氨基酸转运功能的必要条件，靶向干预B3GNT3-4F2hc-N-糖基化修饰轴可显著诱导PDAC细胞铁死亡。该研究创新性的提出细胞膜糖蛋白的异常糖基化修饰影响PDAC细胞对铁死亡的敏感性，提出双重靶向恶性肿瘤细胞和铁死亡调节途径中特异性依赖的糖基化修饰关键分子可用于治疗恶性肿瘤的新观点，为开发靶向铁死亡新机制治疗恶性肿瘤及降低肿瘤耐药性提供研究思路。