Nature Communications：FGFR 抑制通过代谢脆弱性治疗胆管癌的新机制

2024年5月，哈佛大学麻省总医院等单位的研究人员在《Nature Communications》(IF: 16.6)上发表了题为“FGFR inhibition blocks NF-ĸB-dependent glucose metabolism and confers metabolic vulnerabilities in cholangiocarcinoma”的研究论文。揭示了成纤维细胞生长因子受体(FGFR)抑制剂如何阻断核因子-κB(NF-κB)依赖的糖酵解，并在肝内胆管癌(ICC)中产生新的可靶向的脆弱性。这一发现有望为未来癌症治疗提供新的思路和方法。

  研究背景：

肝内胆管癌(ICC)是第二常见的肝脏恶性肿瘤，几十年来发病率持续上升。在约12-15%的病例中发现激活成纤维细胞生长因子受体 2(FGFR2)的基因组改变(最常见的变化是FGFR2基因融合)，这使得针对这部分ICC患者的精准医学方法取得了重要进展。Pan-FGFR激酶抑制剂(FGFRi)治疗可改善FGFR2 + ICC患者的预后，使得FDA批准这些药物用于二线及以上治疗。

阐明FGFR2融合控制的致癌途径有助于为治疗进展提供信息。对FGFR2融合+ICC患者衍生模型的研究表明，FGFR抑制选择性抑制SHP2/MEK/ERK信号传导。然而介导FGFR2–MEK–ERK信号致癌活性的关键下游分子靶点和细胞生物学过程仍有待确定。因此，破译由FGFR2融合控制的代谢程序并阐明由FGFR抑制引起的代偿性代谢过程，可以指导ICC有效治疗组合的开发。

首先，研究人员通过一系列患者来源的模型来探究FGFR2融合+ICC中FGFR信号传导抑制的转录反应，包括两种体内病人来源肿瘤异种移植(PDX)模型(MG212和MG69)和三种体外细胞(ICC13-7，ICC10-6 和ICC21)模型。RNA测序和基因集富集分析(GSEA)显示，FGFRi治疗显著下调了两种PDX模型中的糖酵解基因特征。同样地，在体外对ICC13-7细胞系进行FGFRi处理24h后，糖酵解特征受到强烈抑制。此外，糖酵解中第一限速酶的己糖激酶2 (HK2)在整个模型中表现出强烈的抑制作用，且其他参与糖酵解的基因也协同下调，而TCA循环有关基因没有改变。因此，体内外结果一致表明，FGFR抑制可以有效抑制FGFR2融合+ ICC模型中糖酵解基因的表达。

FGFRi抑制了FGFR2融合+ICC中的糖酵解基因表达

基于转录组学数据，研究人员接下来通过LC-MS/MS测定106种代谢物的稳态水平以探讨FGFR抑制对FGFR2融合+ICC13-7模型的细胞代谢的功能影响。FGFRi处理24h后对ICC13-7细胞的检查发现许多代谢物广泛减少，其中对葡萄糖代谢中间体的影响最为显著。利用MetaboAnalyst平台进行富集分析，发现糖酵解是变化最大的途径———己糖磷酸、果糖-1,6-二磷酸(FBP)、3-磷酸甘油醛(G3P)/磷酸二羟丙酮(DHAP)、3-磷酸甘油酸(3PG)和磷酸烯醇丙酮酸(PEP)的含量显著下降。此外，己糖胺生物合成途径(HBP)、磷酸戊糖途径(PPP)和三羧酸(TCA)循环的代谢物也减少，而这些代谢物由糖酵解的中间体提供。总的来说，这些结果表明FGFR激酶活性是FGFR2融合+ ICC模型中驱动高水平葡萄糖代谢所必需的。

随后，研究人员使用U-¹³C₆-glucose来追踪ICC13-7细胞中FGFR抑制后葡萄糖流入不同途径的通量。代谢流分析表明，U-¹³C₆-glucose产生FBP和N-乙酰已糖胺 1-磷(GIcNAC-1P) 的利用率显著降低，表明FGFR信号传导对维持糖酵解和HBP至关重要。此外，M+2标记的柠檬酸/异柠檬酸、苹果酸和α酮戊二酸(α-KG) 显著减少，这表明进入TCA循环的葡萄糖流量也减少。因此，FGFRi介导的代谢产物稳态水平的下降与葡萄糖生成速率的降低有关。总的来说， FGFR2信号刺激糖酵解基因表达和葡萄糖代谢重编程，以支持FGFR2融合+ ICC的生长。

持续的FGFR2信号维持过度活跃的葡萄糖代谢

随后，研究人员探索了FGFR2信号促进ICC细胞高水平葡萄糖代谢的机制，重点关注FGFR2-SHP2-MEK下游转录过程的关键介质。相关实验结果表明FGFRi处理后，NF-κB转录活性显著降低，且介导NF-κB活化的κB激酶抑制剂α/β(IKKα/β)的活化磷酸化水平也明显下降。接着，FGFR2融合+ ICC的细胞磷酸化蛋白组学进一步强调了FGFR2信号与NF-κB通路调节之间的联系。结果从3954种蛋白中检测到19136个磷酸化位点。蛋白质的通路分析表明，FGFRi处理后NF-κB通路成分的磷酸化显著减少。在进一步的机制研究中发现，FGFR2- MEK介导的NF-κB激活是维持高度活化的葡萄糖代谢和支持FGFR2融合+ ICC模型生长所必需的。

FGFR2介导的葡萄糖代谢重编程需要NF-κB

由于FGFR2 + ICC细胞中进入TCA循环的葡萄糖通量因FGFR抑制而受损，而线粒体耗氧量没有改变，推测其他线粒体能量底物可能补偿了葡萄糖代谢的减少。于是研究人员通过相关实验来探究FGFR抑制对线粒体能量底物使用的影响。结果发现ICC细胞中的FGFR抑制导致了对脂肪酸利用的依赖性增加，而适应性过程导致代谢转变为促进脂肪分解，以响应FGFR抑制。总之，这部分实验表明，在FGFR2融合+ ICC细胞中，由于FGFR信号的抑制，细胞代谢发生了一系列适应性变化，能量底物来源利用的改变和线粒体动态变化有助于在没有葡萄糖摄取的情况下维持氧化磷酸化。

FGFR抑制导致适应性代谢变化，从而维持FGFR2融合+ ICC的线粒体呼吸