撰文 | Qi

肝细胞癌（Hepatocellular carcinoma,HCC）作为一种致命恶性肿瘤，表现出遗传异质性和有限的治疗反应。哺乳动物中肝脏的尿素循环高度保守，负责氨解毒的同时产生精氨酸（Arg），有报道指出几种癌症依赖外源性精氨酸【1】，提示限制精氨酸可能称为治疗这类恶性肿瘤的有效方法。迄今为止，由于多种旁路机制精氨酸消耗剂仅显示出适度疗效。替代策略则需要阻断精氨酸进入到癌细胞，精氨酸的转运是由多种不同组织分布的质膜转运体介导的，然而精氨酸转运体的数量和潜在冗余表明它们不是一个有吸引力的治疗靶点【2】，因此需要通过其他方法达到阻碍癌细胞利用精氨酸的目的。

近日，来自宾夕法尼亚大学的M. Celeste Simon团队在Cell Metabolism杂志上发表了一篇题为cGCN2 inhibition sensitizes arginine-deprived hepatocellular carcinoma cells to senolytic treatment的文章，他们发现HCCs伴随尿素循环酶抑制及随之而来的精氨酸缺陷细胞反应，精氨酸剥夺导致了单个氨基酸转运体SLC7A1的诱导表达，而HCCs依赖于该转运体以确保足够的精氨酸摄取，无论体内外，抑制该转运体则能抑制肿瘤生长。此外，他们发现GCN2在HCCs中的抑制足以完全阻断由于精氨酸剥夺引起的细胞保护反应，使得HCCs对化合物诱导的凋亡更加敏感。他们还通过临床前模型证实，将膳食精氨酸剥夺、GCN2抑制和BCL2抑制剂可引起体内HCCs细胞凋亡和肿瘤消退，或可为遗传性异质性肝癌提供新的治疗策略。

TCGA HCCs的RNA-seq数据显示5种主要的尿素循环酶在HCCs中均下调，且表达程度与疾病进展呈负相关。作为癌症代谢重编程的一部分，尿素循环缺陷将代谢产物从精氨酸的产生分流到嘧啶的生物合成【3】。需要注意的是，HCCs细胞在基线时能比原代肝细胞摄取更多的外源性标记的精氨酸，且72 h的精氨酸限制反而能增加精氨酸的摄取能力，提示细胞表明精氨酸转运蛋白表达的代偿性增加。在多个转运蛋白中，SLC7A1在精氨酸剥夺过程中上调最显著，如果利用shRNA沉默其表达，能显著降低精氨酸摄取率。如果用SLC71A抑制剂NEM处理SNU-398异种移植瘤，则能抑制肿瘤生长，降低HCCs细胞增殖。

长期的营养剥夺往往会使得细胞启动特定的保护反应以确保生存，如细胞周期停滞。在这项研究中，作者发现精氨酸剥夺降低了S期和G2/M期细胞的比例，而细胞在G1/G0期积累。此外，氨基酸限制还会诱导特定的应激反应，比如GCN2依赖性的综合应激反应（ISR）激活，促进特定的mRNA（如p21和ATF4）翻译增强。在HCCs细胞中，精氨酸剥夺会诱导GCN2磷酸化，引起p21的积累，如果沉默p21的表达可以部分恢复Edu的掺入，说明GCN2介导的p21诱导有助于在精氨酸缺乏条件下促进HCCs的细胞周期停滞。

尽管短期的精氨酸剥夺（72 h）会使得细胞处于一种自我保护的静止状态，但作者发现经历了7天的限制会明显增加细胞凋亡，即使补充精氨酸也不能完全弥补增殖缺陷，说明许多细胞已经进入衰老状态。细胞衰老与BCL2家族成员的表达增加相关，可以用于靶向清除衰老细胞【4】。作者发现7天的剥夺可以增强BCL2的表达，如果利用GCN2iB（GCN2抑制剂）和BCL2抑制剂ABT-263联合治疗精氨酸缺陷（或SLC7A1缺陷）的HCCs细胞能显著增加凋亡细胞的数量，而单独使用两种药效果并不显著。此外，作者还对另外三种ASS1（一种关键的尿素循环酶，精氨基琥珀酸合成酶1）缺陷细胞系（PC3前列腺癌、SKLMS平滑肌肉瘤和MDA-MB-231乳腺癌）进行精氨酸剥夺和联合治疗，同样显示出显著的疗效。

为了研究精氨酸限制对体内HCCs进展的影响，作者在喂食精氨酸缺乏食物的小鼠中测量了皮下SNU-398异种移植瘤的生长。与体外实验结果一致，单药治疗对移植瘤生长的影响较小，而联合治疗则能显著增强细胞凋亡并降低肿瘤生长，表明膳食精氨酸限制使肿瘤对GCN2iB和ABT- 263联合治疗敏感，这为治疗基因异质性的人类HCCs提供了一种新的治疗策略。

需要注意的是，HCC细胞摄取过多的精氨酸会影响肿瘤微环境中依赖外源性精氨酸发挥抗肿瘤功能的免疫细胞，精氨酸水平的升高诱导细胞毒性T细胞从糖酵解到氧化磷酸化的代谢转变，对T细胞增殖、生存、分化和肿瘤排斥反应产生积极影响【5】。GCN2抑制剂或选择性精氨酸转运蛋白抑制剂可降低HCCs细胞对精氨酸的摄取，防止肿瘤微环境中精氨酸的耗尽，从而增加抗肿瘤特性。因此，基于免疫检查点抑制剂的疗法可能会被GCN2抑制剂所增强。

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.06.010

制版人：十一

参考文献

1. Agrawal, V., Alpini, S.E., Stone, E.M., Frenkel, E.P., and Frankel, A.E. (2012). Targeting methionine auxotrophy in cancer: discovery & exploration.Expert Opin. Biol. Ther.12, 53–61.

2. Werner, A., Pieh, D., Echchannaoui, H., Rupp, J., Rajalingam, K., Theobald, M., Closs, E.I., and Munder, M. (2019). Cationic amino acid transporter-1-mediated arginine uptake is essential for chronic lymphocytic leukemia cell proliferation and viability.Front. Oncol.9, 1268.

3. Cheng, C.T., Qi, Y., Wang, Y.C., Chi, K.K., Chung, Y., Ouyang, C., Chen, Y.R., Oh, M.E., Sheng, X., Tang, Y., et al. (2018). Arginine starvation kills tumor cells through aspartate exhaustion and mitochondrial dysfunction.Commun. Biol.1, 178.

4. Soto-Gamez, A., Quax, W.J., and Demaria, M. (2019). Regulation of survival networks in senescent cells: From mechanisms to interventions.J. Mol. Biol.431, 2629–2643.

5. Geiger, R., Rieckmann, J.C., Wolf, T., Basso, C., Feng, Y., Fuhrer, T., Kogadeeva, M., Picotti, P., Meissner, F., Mann, M., et al. (2016). L-arginine modulates T cell metabolism and enhances survival and anti-tumor activity.Cell167, 829–842.e13.

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