Cell｜西湖大学邹贻龙/王曦团队联合揭示癌症转移的幕后操控者——ACSL4 & PUFA

10例卵巢癌患者的19个组织样本；卵巢癌细胞系；卵巢癌转移小鼠模型；肝癌细胞系SK-HEP-1；乳腺癌细胞系4T1；肾癌细胞系769-P；黑色素瘤细胞系B16-F10；

首先利用MetMap和CTRP数据库分析具有高转移潜力的癌细胞系与细胞毒性化合物的敏感性，发现卵巢癌、肝癌和头颈癌等肿瘤的多器官转移潜能和铁死亡相关。进一步通过临床样本验证：从10例卵巢癌患者中收集19个组织样本（包括原发肿瘤、腹水、大网膜或腹膜转移瘤）分离原代癌细胞，体外实验发现来自腹水或网膜的肿瘤细胞比原发肿瘤细胞对铁死亡更敏感；脂质组发现转移性肿瘤细胞中多不饱和脂肪酸（PUFA）显著增加。表明转移性肿瘤细胞的脂质代谢发生了改变，可能导致其对铁死亡更敏感。

选择具有高转移潜能和高铁死亡敏感性的卵巢癌细胞系ES-2建立小鼠转移模型，基于两轮体内筛选，从小鼠肝脏中筛选出具有高转移效率的ES-2-MC2-Hep细胞。进一步利用靶向288种磷酸酶的CRISPR sgRNA文库进行了体内遗传筛选，发现蛋白酪氨酸磷酸酶受体G（PTPRG）和非受体蛋白酪氨酸磷酸酶3（PTPN3）是肺转移的候选抑制因子，以及肺和肝转移的候选启动子PPA1和PPP2R1A。

利用靶向2981种代谢相关基因的CRISPR sgRNA文库进行第二次体内遗传筛选，分别对肝转移和肺转移与皮下肿瘤的差异靶向基因进行分析，发现NMNAT1、HADHB、PTPRG 和 ATP6V1H与肝脏和肺转移相关，其中NMNAT1缺失显著抑制ES-2-MC2-Hep腹腔注射后向肝脏和肺转移以及静脉接种后向肺转移。脂肪酸代谢酶ACSL4与肺转移相关，敲除ACSL4 可以抑制卵巢癌肺转移。  

免疫荧光分析发现ACSL4基因敲除或缺失后肺转移灶更少和更小，进一步利用ACSL4抑制剂PRGL493对癌细胞进行处理，发现可以减轻肺实质灌注后的癌细胞负荷，表明ACSL4在癌细胞转移的外渗中具有重要作用。并且敲除ACSL4可以降低细胞膜的流动性和细胞的侵袭能力。花生四烯酸（ARA）处理提高了ES-2-GFP-Luc亲代细胞的PUFA脂质含量，增加静脉植入后小鼠肿瘤转移外渗率，表明ACSL4和PUFA可能通过增强转移性癌细胞的膜流动性和侵袭性促进转移性外渗。此外，在肝癌肺转移模型中ACSL4同样具有促血管外渗作用，表明ACSL4在其他癌症转移过程中或具有功能普适性。

基于体内CRISPR筛选，在皮下肿瘤、肝转移瘤和肺转移瘤中共有6个基因均显著下降（MDH1、ABHD6、ECH1、ECI1、ATP5E和B3GNT4)。敲除ABHD6、ECI1、ECH1 或 MDH1可以抑制ES-2-MC2-Hep和769-P细胞的皮下肿瘤生长。敲除ECI1或ECH1可以抑制ES-2-MC2-Hep细胞对ARA的呼吸利用。并且在TCGA数据中，ABHD6、ECI1、ECH1和MDH1的高表达与卵巢癌患者的不良预后相关，表明富含不饱和脂质的癌细胞依靠ECI1/ECH1在体内生长。

构建ACSL4和ECH1双敲除（DKO）ES-2-MC2-Hep细胞系，发现与静脉植入ACSL4或ECH1单缺失细胞系相比，DKO细胞系肺转移负荷更低。并且在敲除ACSL4的ES-2-MC2-Hep细胞中ECH1蛋白升高。同样，在B16-F10细胞中，ACSL4/ECH1 DKO可以抑制肺转移。表明联合抑制ACSL4和ECH1可以更有效地抑制肿瘤的生长和转移。

转移性肿瘤细胞的不饱和脂肪酸增加与铁死亡敏感性相关。研究者构建了卵巢癌高效转移模型，为后续研究提供了工具。通过以代谢为重点的CRISPR筛选，研究者发现ACSL4是肿瘤血运转移的关键因子，通过增强膜流动性和细胞侵袭性促进转移性外渗。在促进转移的同时，富含PUFA的癌细胞在体内生长时依赖于ECI1/ECH1进行β-氧化。联合抑制ACSL4和ECH1可有效抑制肿瘤转移，为未来的癌症治疗策略提供了新的方向。