完全抑制肝脏乙酰辅酶A羧化酶活性加剧二乙基亚硝胺诱导的小鼠肝脏肿瘤发生

肝胆系统 生物化学 肿瘤学 医学 生命科学
肝脏肿瘤 新生脂肪生成 乙酰辅酶A羧化酶 肿瘤发生 二乙基亚硝胺 代谢途径 小鼠模型

抑制肝脏乙酰辅酶A羧化酶（ACC）活性加剧小鼠肝癌发生

学术背景

肝癌是全球第六大常见癌症，也是癌症相关死亡的第三大原因。肝细胞癌（HCC）是最常见的原发性肝癌类型。近年来，由于乙肝（HBV）和丙肝（HCV）疫苗及抗病毒治疗的发展，肝癌的负担有所下降。然而，肥胖及相关脂肪肝疾病（如代谢功能障碍相关脂肪肝病，MAFLD）已成为肝癌的主要风险因素。脂肪肝的一个显著特征是肝脏中甘油三酯的沉积。脂肪可以通过饮食摄入，也可以通过体内的从头脂肪生成（De Novo Lipogenesis, DNL）过程合成。在正常情况下，DNL对肝脏脂肪的贡献为3-5%，但在MAFLD患者中，DNL的贡献可高达30%。

乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl-CoA Carboxylase, ACC）是DNL过程中的关键酶，负责将乙酰辅酶A转化为丙二酰辅酶A。在小鼠中，细胞质中的ACC1是驱动DNL的主要同工酶，而线粒体中的ACC2则主要抑制脂肪氧化。然而，ACC2也可以参与DNL，因为在肝脏特异性ACC1敲除小鼠中，ACC2可以部分补偿ACC1的功能。因此，要完全阻断DNL，必须同时抑制ACC1和ACC2。ACC1在人类和小鼠的肝癌中高度上调，因此抑制ACC活性被认为是治疗脂肪肝和肝癌的潜在策略。

然而，先前的研究发现，抑制ACC活性反而会加剧肝癌的发生。为了进一步探究这一现象，研究人员设计了新的实验，旨在通过不同的方法（如选择性抑制ACC1或ACC2、改变饮食、调整基因敲除时间等）来更好地理解ACC抑制对肝癌发生的影响。

论文来源

这篇论文由Riya Shrestha、Calum S. Vancuylenburg、Martina Beretta等研究人员共同完成，研究团队来自澳大利亚新南威尔士大学（University of New South Wales）的生物技术与生物分子科学学院。论文于2024年发表在Cancer & Metabolism期刊上，题为《Complete inhibition of liver acetyl-CoA carboxylase activity is required to exacerbate liver tumorigenesis in mice treated with diethylnitrosamine》。

研究流程与结果

1. 研究设计

研究团队设计了六种不同基因型的小鼠，分别携带不同的ACC1和ACC2基因敲除组合。这些小鼠在出生后2周时注射了致癌剂二乙基亚硝胺（Diethylnitrosamine, DEN），并在9周时通过腺相关病毒（AAV）介导的基因敲除技术，特异性敲除肝脏中的ACC基因。小鼠在整个实验过程中被喂养正常饮食，并在52周时进行肝脏肿瘤的评估。

2. 实验流程

  • 小鼠基因型设计：研究团队生成了六种不同基因型的小鼠，包括野生型（WT）、ACC1敲除（A1KO）、ACC2敲除（A2KO）、ACC1敲除且ACC2杂合敲除（A1KO A2Het）、ACC2敲除且ACC1杂合敲除（A1Het A2KO）以及ACC1和ACC2双敲除（DKO）。
  • DEN诱导肝癌模型：所有小鼠在出生后2周时注射DEN，以诱导肝癌的发生。
  • ACC基因敲除：在9周时，通过AAV8-TBG-Cre病毒介导的基因敲除技术，特异性敲除肝脏中的ACC基因。
  • 肿瘤评估：在52周时，研究人员对小鼠的肝脏肿瘤进行了详细评估，包括肿瘤数量、肿瘤负担（肿瘤总体积）以及肿瘤发生率。

3. 实验结果

  • 肿瘤数量与负担：与野生型小鼠相比，ACC1和ACC2双敲除（DKO）小鼠的肝脏肿瘤数量增加了5.5倍，肿瘤负担增加了40倍。所有DKO小鼠的肝脏中都出现了肉眼可见的肿瘤，而野生型小鼠中只有75%出现了肿瘤。
  • 肿瘤大小分布：大多数小鼠的肿瘤大小在0-2.5毫米之间，但DKO小鼠的肿瘤数量显著增加，尽管肿瘤大小与其他基因型相似。
  • 代谢表型：研究发现，ACC1敲除小鼠的肝脏甘油三酯水平降低了约40%，但血浆甘油三酯、肝脏胆固醇和血浆胆固醇水平在各基因型之间没有显著差异。
  • 胰岛素水平：在30周时，ACC1敲除小鼠的胰岛素水平显著升高，但其他代谢指标（如葡萄糖耐量、胰岛素抵抗等）在各基因型之间没有显著差异。

4. 结论

研究结果表明，完全抑制ACC1和ACC2活性会显著加剧DEN诱导的肝癌发生。这一现象与饮食无关，且在ACC基因敲除时间不同的情况下仍然存在。研究还发现，保留ACC1或ACC2的部分活性可以防止肿瘤的加剧，这表明部分抑制ACC活性可能是治疗肝癌的更安全策略。

研究的意义与亮点

1. 科学价值

这项研究揭示了ACC抑制在肝癌发生中的复杂作用。尽管ACC抑制在脂肪肝治疗中显示出潜力，但在肝癌模型中，完全抑制ACC活性反而会加剧肿瘤的发生。这一发现为未来开发更安全的ACC抑制剂提供了重要参考。

2. 应用价值

研究结果表明，选择性抑制ACC2并保留ACC1的部分活性可能是治疗肝癌的更优策略。这一发现为未来的药物开发提供了新的方向，尤其是在设计ACC抑制剂时，需要考虑其对肿瘤发生的潜在影响。

3. 研究亮点

  • 多基因型设计：研究团队设计了六种不同基因型的小鼠，全面评估了ACC1和ACC2在肝癌发生中的作用。
  • 饮食与基因敲除时间的控制：研究通过改变饮食和基因敲除时间，验证了ACC抑制加剧肝癌发生的现象在不同条件下的可重复性。
  • 代谢与肿瘤关系的深入分析：研究不仅评估了肿瘤的发生，还详细分析了小鼠的代谢表型，揭示了ACC抑制对肝脏甘油三酯水平的影响。

总结

这项研究通过系统的实验设计，揭示了ACC抑制在肝癌发生中的复杂作用。研究结果表明，完全抑制ACC活性会加剧肝癌的发生，而保留部分ACC活性则可以防止这一现象。这一发现为未来的肝癌治疗提供了新的思路，尤其是在设计ACC抑制剂时，需要权衡其对脂肪肝和肝癌的不同影响。