多组学分析表明，SMAD4通过SLC27A3/FADS2轴调控亚油酸与花生四烯酸的代谢，从而影响胰腺导管癌（PDAC）对放疗的敏感性

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Multi-omic profiling reveals SMAD4 drives linoleic acid-arachidonic acid metabolism to mediate PDAC radiosensitivity via the SLC27A3/FADS2 axis

胰腺导管腺癌（PDAC）中SMAD4失活通过调控SLC27A3和FADS2促进花生四烯酸代谢，驱动放疗抵抗，空间代谢组学与多组学验证了该机制。

　　

杨 王|张 山|宋 逸然|安 立伟|赵 张婷|周 英群|王 冯

中国上海，同济大学医学院上海第十人民医院消化内科，200072

摘要

背景

胰腺导管腺癌（PDAC）的特征是SMAD4频繁失活和广泛的脂质代谢重编程，但这些过程之间的机制性相互作用仍不清楚。

方法

通过CUT&Tag、转录组学和空间代谢组学分析，揭示了由SMAD4调控的亚油酸代谢的新调控机制，该机制决定了PDAC的放射抵抗性。

结果

空间代谢组学研究表明，SMAD4缺失会降低PDAC组织中的亚油酸代谢。从机制上讲，SMAD4与SLC27A3和FADS2的启动子结合，促进了亚油酸-亚油酸轴的富集。相反，SMAD4缺失会导致亚油酸-亚油酸轴减弱，这可能抑制铁死亡并促进PDAC肿瘤的放射抵抗性。

结论

总体而言，我们的研究表明SMAD4作为SLC27A3和FADS2的转录激活因子，驱动亚油酸的摄取及其转化为亚油酸，从而可能触发铁死亡并增强放射敏感性。

引言

胰腺导管腺癌（PDAC）仍然是全球最致命的疾病之一，中位生存期约为4个月，五年生存率仅为13%[1]。PDAC中观察到多种分子改变，其中KRAS、TP53、CDKN2A和SMAD4是最常见的体细胞突变[1]。其中，SMAD4的缺失尤为显著，因为它与对化疗和放疗的强烈抵抗性密切相关[2]、[3]、[4]。

最近，越来越多的证据表明代谢重编程在调节抗氧化能力、双链断裂（DSB）修复和线粒体呼吸方面起着关键作用，从而介导了各种类型的癌症的放射抵抗性[5]、[6]、[7]。例如，乳酸水平已被报道可以反映缺氧引起的放射抵抗性[8]、[9]。此外，短暂的高糖酵解通过加速DNA修复来赋予放射抵抗性[10]。然而，SMAD4状态如何具体决定PDAC中的这些代谢适应仍不清楚。

空间代谢组学是一个快速发展的领域，得益于质谱成像（MSI）和高光谱成像数据分析技术的进步，这些技术可以检测组织切片中的代谢物变化[11]、[12]。鉴于代谢重编程是胰腺癌的一个定义性特征[13]、[14]，探索空间代谢景观对于理解与SMAD4改变相关的治疗反应至关重要。

总体而言，在本研究中，我们利用空间代谢组学全面分析了SMAD4表达水平不同的PDAC组织中的代谢变化，并确定了与SMAD4介导的放射抵抗性相关的关键代谢物。结合RNA-seq和CUT&Tag测定，我们的发现不仅精确描述了PDAC的代谢景观，还突出了SMAD4缺失肿瘤对放射抵抗性的潜在代谢靶点。

部分内容

细胞系和培养条件

人胰腺导管腺癌细胞系Panc-1和BxPC-3购自中国科学院（上海）的细胞库。Panc-1细胞系在Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM，Gibco，美国）中培养，而BxPC-3细胞在RPMI-1640培养基（Gibco，美国）中培养。两种培养基均添加了10%胎牛血清（FBS，Gibco，美国）、100 μg/mL青霉素和100 μg/mL链霉素。所有细胞均在37°C下连续培养

SMAD4缺失赋予PDAC放射抵抗性

越来越多的证据表明，SMAD4缺失会赋予胰腺导管腺癌（PDAC）放射抵抗性[2]、[3]。为了进一步研究这一机制，我们首先建立了稳定的SMAD4敲低细胞系（shSMAD4）和对照细胞（shCtrl）。通过Western blotting（图1A）和qRT-PCR（图1B）分析严格验证了SMAD4敲低的效率。

讨论

SMAD4的失活是胰腺导管腺癌（PDAC）向放射抵抗性转变的关键因素。利用空间代谢组学，我们证明了SMAD4缺失在PDAC组织中建立了独特的代谢环境。shSMAD4和shCtrl PDAC肿瘤组织之间的代谢物空间差异表明，SMAD4缺失的肿瘤区域经历了深刻的代谢重编程，其特征是亚油酸和亚油酸水平降低。

CRediT作者贡献声明

张 山：撰写 – 原始草稿，可视化。宋 逸然：方法学。周 英群：撰写 – 审阅与编辑，验证。王 冯：撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证。安 立伟：撰写 – 审阅与编辑。赵 张婷：撰写 – 审阅与编辑，可视化。杨 王：撰写 – 原始草稿，方法学，数据整理

数据可用性

支持本研究结果的数据可向相应作者索取。

利益冲突

作者声明没有潜在的利益冲突。

资助

本研究得到了非传染性疾病-国家科技重大项目（2024ZD0533203）、上海东方人才计划（BJWS2024032）、上海学术/技术研究带头人（23XD1433000）、国家自然科学基金（82573553）、上海市科学技术委员会（23ZR1480400、23YF1432900）以及上海第十人民医院临床与基础整合研究培养基金（SYYYRH2025021）的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢同济大学的韩毅在可视化方面提供的出色建议。作者还感谢复旦大学的张润在CUT&Tag分析中提供的宝贵技术支持。