Mol Cancer（IF33.9）| 思路太绝！中山大学从蛋白溯源细胞，锁定肝癌关键标志物ACSL3，并提出靶向治疗新策略！
2025-11-17
中科新生命
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作为兼具稳健性和早期诊断功能的临床生物标志物—蛋白质，已广泛使用在多种疾病分子分型，疗效预测等领域中。由于疾病组织内细胞群的多样性和异质性，匀浆蛋白质组（Bulk蛋白质组）得到的关键蛋白质主要受哪些细胞群特异性调节仍存在很大盲区。
随着单细胞转录组测序技术发展，细胞异质性互作模式对疾病的发生发展被逐一解析，也为上述追踪蛋白标志物的细胞来源奠定基础。围绕匀浆蛋白质组与单细胞转录组的联合策略，可以为研究者提供“蛋白标志物”主要由哪些细胞群特异性表达，从而为挖掘更精细的治疗靶点和后续的细胞靶向治疗提供契机。
今天跟大家分享一篇3月份发表在Molecular Cancer（IF33.9）上的题为“Modulating lipid metabolism by nanoparticles (NPs)-mediated ACSL3 silencing to inhibit hepatocellular carcinoma growth and metastasis”研究性论文。作者利用蛋白质组锁定ACSL3蛋白在转移性肿瘤组织中异常高表达，并结合scRNA-seq发现ACSL3主要在肝细胞癌（hepatocellular carcinoma,HCC）细胞中表达，其高表达预示着HCC患者的脂质代谢更活跃，预后不良。同时结合靶向代谢物检测，系统性揭示了ACSL3促进HCC生长和转移的生物学功能和分子机制。并构建siACSL3纳米颗粒靶向治疗HCC患者，提出一项有前景性的治疗策略。一起看看文章的研究过程吧~
研究方法
蛋白质组：HCC患者的原发性和肺转移性肿瘤的配对样本；
单细胞转录组：肿瘤免疫单细胞中心2.0（TISCH2.0）数据库（GSE146115）下载包含4名HCC患者的3134个细胞的公共scRNA-seq数据；
代谢组：MHCC-97H和Huh7细胞；
HCC患者手术切除的肿瘤组织构建的PDX荷瘤小鼠模型。
研究结果
1.蛋白质组表明长链脂酰辅酶A合成酶家族成员3（ACSL3）高表达与HCC患者转移及不良预后有关
为探索调节HCC转移的关键因素，收集3名HCC患者的原发肿瘤组织和术后肺转移性肿瘤组织的配对样本进行蛋白质组检测。通过差异分析并结合癌症基因组图谱（TCGA）数据库中癌症患者总生存期的风险比（HR），发现ACSL3是各种癌症类型的关键危险因素。
图1 蛋白质组+TCGA数据库锁定关键蛋白质—ACSL3
2. 结合scRNA-seq公共数据库数据发现ACSL3主要在HCC细胞中高表达
利用已发表的4名HCC患者的scRNA-seq数据（GSE146115）发现ACSL3主要在HCC细胞中表达。按照ACSL3表达高于总细胞平均ACSL3表达水平的细胞为高表达组，ACSL3表达低于ACSL3平均表达水平的细胞为低表达组进行细胞群划分，差异基因KEGG富集表明，ACSL3高表达细胞亚群具有较强的增殖和转移能力，以及活跃的脂质代谢过程。再结合TCGA数据库结果发现ACSL3的表达水平随HCC恶性程度增加呈上升趋势，且与较差的总生存期，疾病特异性生存期有关。回归到蛋白质组数据，发现ACSL3在肿瘤组织中高表达，在转移性肿瘤组织中的丰度更高。在TCGA数据库和116名HCC患者肿瘤组织蛋白质组数据均发现类似的情况。表明：ACSL3高表达与活跃的脂质代谢密切相关，并与HCC患者的进展和不良预后呈正相关。
图2 ACSL3与脂质代谢活性和预后不良HCC患者呈正相关
3.细胞实验验证ACSL3高表达可促进HCC细胞的增殖、迁移和侵袭
用siACSL3沉默MHCC-97H细胞（具有ACSL3高表达的HCC细胞系）中ACSL3的表达，发现ACSL3沉默不仅可抑制MHCC-97H细胞的增殖和克隆，还可显著削弱其侵袭、迁移和抗性。类似结果在Huh7细胞（HCC细胞系），HepG2细胞（ACSL3低表达）均得到验证。小鼠体内荧光素酶示踪同样表明，当小鼠接种MHCC-97细胞（有荧光性）后，ACSL3的高表达可促进HCC细胞的增殖和转移，形成转移节点。整体结果表明ACSL3可促进HCC细胞生长和转移。
图3 ACSL3可促进HCC细胞生长和转移
4.转录组结果表明高ACSL3表达可促进POPC合成以激活PPARα，增强脂质代谢
为探索ACSL3如何在转录层面调节HCC生长和转移，使用ACSL3沉默前后的MHCCC-细胞进行转录组分析，差异基因主要与脂质代谢相关，差异基因的KEGG和GSEA分析表明ACSL3高表达了可激活PARα代谢通路，促进下游脂质代谢相关基因的转录，从而导致脂质分解代谢和合成代谢增加。该结论在细胞的ChIP-seq，PPARα通路沉默、siACSL3实验中再次得到证实。
图4 高ACSL3表达通过增强HCC细胞中脂质代谢相关基因的转录来促进脂质代谢
5.靶向代谢物检测发现ACSL3高表达可促进磷脂酰胆碱（POPC）合成激活PPARα通路
以往研究表明，ACSL3可催化游离长链脂肪酸转化为各种脂类及其衍生物，如：溶血磷脂酸（LPA）、二酰基甘油（DAG）、磷脂酰胆碱（包括POPC）。而脂肪酸可作为内源性活化配体激活PPARα的表达。作者随即靶向检测HCC细胞中DAG和POPC的含量，发现ACSL3沉默可降低细胞中DAG和POPC的含量。对siACSL3处理的HCC细胞外源添加POPC，可挽救代谢脂质相关基因表达和脂滴形成。整体结果表明，ACSL3高表达可促进POPC合成，激活PPARα通路，增强下游脂质代谢相关基因的转录，从而增强脂质分解代谢和合成代谢，促进HCC的生长和转移。
图5 ACSL3通过脂肪酸过程激活PPARα通路，促进HCC生长和转移的调控机制示意图
6.siACSL3处理可抑制HCC细胞的增殖、迁移和侵袭
已明确ACSL3是治疗HCC患者的关键节点，随后作者开发了一种内吞体pH响应性纳米颗粒（nanoparticle，NP）平台，用于系统性递送靶向ACSL3的siRNA（siACSL3）至肝癌细胞中，以实现肝癌细胞的基因治疗。体外细胞系实验表明，该纳米颗粒的PEG外壳可延长其血液循环时间，减少免疫系统清除，并通过EPR效应（增强渗透与滞留）富集于肿瘤组织，靶向沉默脂质代谢关键基因ACSL3，抑制肝癌细胞生长与转移。
图6 内吞体pH响应性纳米颗粒递送平台介导的ACSL3沉默可以抑制HCC细胞的增殖、迁移和侵袭
载有siACSL3的内吞体pH响应性纳米颗粒（nanoparticle，NP）平台在MHCC-97H异种移植瘤小鼠体内再次验证。发现相比于其它治疗配方（如siCTL），siACSL3纳米颗粒处理的异种移植瘤具有更强的抗肿瘤能力和更高的存活率。组织学观察发现，siACSL3处理的小鼠的肿瘤组织中ACSL3丰度更低，更少的癌细胞增殖和更多的癌细胞凋亡。
图7 siACSL3纳米颗粒可抑制MHCC-97H肿瘤模型中的HCC生长和转移
使用HCC患者手术切除的肿瘤组织建立PDA小鼠模型，将NPs（siACSL3纳米颗粒）静脉注射到小鼠体内，发现NPs（siACSL3）可显著抑制PDX肿瘤生长。肿瘤组织学分析发现，相比其他治疗，NPs（siACSL3）具有更强的肿瘤抑制能力，同时不会降低小鼠体重以及主要器官的明显组织变化以及肝脏和肾脏参数。表明，NPs（siACSL3）治疗的体内毒性更低。
图8 siACSL3抑制PDX荷瘤小鼠肿瘤模型中的HCC细胞生长
小结
本文通过临床样本和公共数据库锁定ACSL3蛋白高表达与较差的HCC患者预后有关，使HCC细胞增殖和迁移。同时结合单细胞转录组数据，发现ACSL3高表达的细胞亚群存在更活跃的脂质代谢过程，说明脂质代谢异常是HCC患者预后较差的关键因素。最后开发siACSL3纳米颗粒靶向降低癌组织中ACSL3丰度，降低癌细胞增殖并增加癌细胞凋亡。除了使用目标蛋白锁定细胞亚群失调表达通路，还有其它多种切入点帮助各位研究者从目标蛋白锁定关键细胞群，更多信息可咨询当地销售~
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上海中科新生命生物科技有限公司（APTBIO）创立于 2004 年，由原中国科学院上海生命科学研究院蛋白质组研究中心孵化而来，是国内质谱多组学应用领域的开拓者。公司以 “AI + 质谱多组学” 双核驱动创新，构建智能化组学生态。拥有自主知识产权的质谱检测平台与 AI 大数据分析系统，聚焦科技服务、生物医药及大健康消费三大领域，为全球科研机构、医院、药企提供从基础研究到临床转化的一站式解决方案。融合多组学技术与人工智能，围绕生物标志物发掘、药物靶点筛选及个性化诊疗等方向，构建具有国际竞争力的组学数据库与算法模型，推动转化医学进程，加速创新药物研发，成为推动生命科学数字化升级的核心引领者。
