南方医科大学发现肝细胞癌治疗新靶点
近日，南方医科大学研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了题为”Hexokinase 2 confers radio-resistance in hepatocellular carcinoma by promoting autophagy-dependent degradation of AIMP2”的研究论文，本研究证实了己糖激酶2（HK2）在HCC组织中的上调与HCC患者的不良预后相关，并证明了HK2通过减弱HCC细胞系的凋亡和促进增殖发挥放射抵抗作用。HK2下调与电离辐射联合显示出极好的协同致死效应。机制上，HK2通过与促凋亡蛋白氨酰tRNA合成酶复合物相互作用多功能蛋白2(AIMP2)复合物结合，减轻电离辐射介导的细胞凋亡，同时增强其自噬溶酶体依赖性降解，从而增加HCC的放射抵抗。从药理学角度来看，酮康唑作为一种FDA批准的抗真菌药物，作为HK2的抑制剂，协同增强了放疗的疗效。研究结果表明，HK2在肝癌的放射抗性中起着至关重要的作用，并可能成为提高肝癌放疗疗效的潜在治疗靶点。
研究背景
肝细胞癌(HCC)是全球主要的健康挑战，也是全球癌症相关死亡的第四大原因。随着立体定向放射治疗(SBRT)技术的发展，放疗(RT)已成为HCC治疗不可或缺的一部分。然而，由于固有或获得性耐药，放疗的疗效有限，导致局部复发和转移。约20%的患者在接受SBRT治疗后报告局部复发，表明对电离辐射(IR)抵抗。因此，研究肝癌放射抵抗的分子机制迫在眉睫。
IR抵抗是多模式的，与固有肿瘤和周围微环境的生物学改变有关。凋亡抵抗性的增加是癌症的标志之一，被认为是放射抵抗的决定因素。直接或间接增加对凋亡的敏感性是改善RT疗效的一种前瞻性策略。相反，自噬作为一种促进生存的途径，使蛋白质和细胞器的降解和再循环以应对压力，促进多种类型癌症的进展。多项研究表明，肿瘤细胞对放疗的自噬反应是一种必不可少的途径，与细胞死亡引起的凋亡不同，它可能终导致细胞存活。同时，抑制自噬可提高放疗敏感性。因此，在抑制自噬的同时增强细胞凋亡是对抗放疗抵抗的一种有前景的策略。
己糖激酶2(HK2)是糖酵解的关键酶，可催化有氧糖酵解的下一个限速步骤：葡萄糖磷酸化和葡萄糖-6-磷酸的产生。在胰腺癌、宫颈癌和胶质母细胞瘤中，HK2与放射抵抗相关，因为它促进局部复发和转移。在己糖激酶的亚型中，HK4主要表达于肝细胞，而HK2仅在HCC细胞中表达。为了更好地描述放射抵抗的机制,研究人员构建了以高水平HK2为特征的获得性电离辐射抗性(IR-R)HCC细胞系。此外，研究人员观察到随着时间的推移，在固有的放射抗性细胞系中，HK2的表达上调，但在放射敏感的细胞系中则没有。因此，研究人员推测HK2可能是HCC放射抗性的生物标志物。然而，HK2是否以及如何调节HCC的放射反应仍然不明确。在本研究中，研究人员旨在探讨HK2的功能及其调节HCC放射抗性的机制。
研究过程及发现
HK2在各种癌症中普遍上调，并发挥促癌特性。研究人员观察到HK2水平在IR后固有放射抵抗的HCC细胞系中升高，而在放射敏感的细胞系中没有升高。越来越多的证据表明，靶向糖酵解具有肿瘤杀伤作用，并能协同化疗和放疗的疗效。
研究显示，HCC组织中HK2水平升高，预示HCC患者预后不良。在放射敏感性HCC细胞中，HK2过表达可显著提高增殖和减少凋亡，而在IR- r HCC细胞中，HK2敲低可诱导对IR的敏感性。这些结果有力地支持了HK2在HCC放射耐药中的作用。
在肝细胞癌中，HK2的高表达与预后不良有关
AIMP2是一种多功能肿瘤抑制蛋白，通过IP和质谱分析被认为是HK2的潜在下游蛋白。研究人员观察到HK2仅在IR后与AIMP2蛋白的降解相互作用并调节其降解，从而抑制细胞凋亡水平，促进IR后体内和体外的辐射抗性。鉴于HK2和AIMP2受NF-kb、Wnt/β-catenin、P53等多种通路的调控和影响，研究人员对相关因素进行了评估，但本研究未得到进一步的结果。
考虑到HK2下调了AIMP2蛋白而不是AIMP2 mRNA水平，研究人员假设HK2可能介导了AIMP2蛋白的降解。使用自噬抑制剂CQ和蛋白酶体抑制剂MG-132进行的援救试验表明，HK2上调了自噬，从而在IR后上调了AIMP2的降解。
研究人员的体外和体内实验表明，HK2阻断与IR联合使用，有效地阻止了癌细胞的增殖和自噬。同时，这些组合还可以逆转免疫缺陷，募集多种CD8+ T细胞，限制M2巨噬细胞极化。然而，潜在的机制值得进一步探索。总之，HK2抑制可能是IR治疗和增强临床转化潜力的有效佐剂。
研究意义
本研究揭示了HK2在HCC放射耐药中的作用。靶向HK2可协同提高IR和HK2的疗效，进一步成为HCC放疗的潜在治疗靶点。
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