《Cancers》：Multi-Omics Analysis Reveals Chronic Cisplatin Exposure Is Associated with Metabolic Rewiring Toward Glutathione Metabolism to Support Redox Adaptation in High-Grade Serous Ovarian Cancer
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背景：铂类化疗是高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）的一线治疗方案；然而，治疗耐药性的产生极大地限制了临床疗效。越来越多的证据表明，铂类药物驱动的代谢编程，特别是氧化还原相关通路内的代谢编程，可能促进化疗耐药的产生。方法：研究人员采用多组学方法评估了一对同系来源、
背景：铂类化疗是高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）的一线治疗方案；然而，治疗耐药性的产生极大地限制了临床疗效。越来越多的证据表明，铂类药物驱动的代谢编程，特别是氧化还原相关通路内的代谢编程，可能促进化疗耐药的产生。方法：研究人员采用多组学方法评估了一对同系来源、分别代表顺铂敏感（SE）状态和顺铂耐药（CR）状态的患者来源HGSOC细胞系。通过差异代谢物丰度和基因表达分析，随后进行基因集和通路富集分析以识别协调性代谢转变。对另一株敏感和耐药HGSOC细胞系的计算机模拟分析验证了患者来源模型中观察到的谷胱甘肽通路上调。通过谷胱甘肽抑制实验评估该通路对顺铂耐药的功能性贡献。结果：慢性顺铂暴露诱导CR细胞发生广泛的代谢重编程，特征为代谢物和基因水平上的谷胱甘肽代谢富集。还原型谷胱甘肽（GSH）增加，同时其从头生物合成、循环利用和利用的关键酶上调，与顺铂诱导的氧化应激相关的增强解毒能力一致。此外，牛磺酸（taurine）高度富集，进一步凸显了向增强抗氧化机制方向的代谢转变。CR细胞还显示出NADPH生成通路的增加，包括氨基酸代谢和脂肪酸β氧化，以支持氧化还原平衡和增加的谷胱甘肽代谢的生物合成需求。γ-谷氨酰循环（γ-glutamyl cycle）的转录重塑进一步表明向增加谷胱甘肽周转的转变，提示观察到的协调性变化可能定义了一种增强氧化应激耐受性和治疗耐药性的代谢状态。这些转录变化在另一株铂类敏感/耐药模型中也被观察到，表明与铂诱导耐药性相关的保守性反应。最后，同时进行的顺铂处理和谷胱甘肽抑制显著增加了CR细胞的敏感性。结论：这些发现提示，先前暴露于铂类药物的顺铂耐药细胞可能经历向抗氧化通路的独特代谢重编程，以在慢性化疗应激下存活。靶向这些系统的组成部分可能代表克服铂耐药性和改善治疗结局的可行策略。
本研究发表于《Cancers》杂志，旨在探讨慢性顺铂暴露如何塑造高级别浆液性卵巢癌细胞的代谢适应性，为克服铂类耐药性提供新思路。
高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）是最致命的妇科恶性肿瘤之一，其标准治疗模式为最大限度的肿瘤细胞减灭术联合铂类-紫杉醇化疗。尽管多数患者初始治疗反应良好，但70%-90%的患者会出现复发，且复发肿瘤常表现出更强的铂类耐药性。肿瘤细胞的化疗耐药机制复杂多样，涉及DNA损伤修复（DDR）通路改变、基因组不稳定性、表观遗传重塑以及代谢重编程等多个层面。值得注意的是，不同治疗药物会施加独特的选择性压力，驱动药物特异性的代谢重编程，形成针对各药物作用机制的差异化生存策略。顺铂作为非细胞周期特异性烷化剂，通过嵌入双链DNA形成交联，导致DNA转录、修复和合成受阻，进而诱导细胞周期G2/M期阻滞和凋亡。除DNA损伤外，顺铂还会诱导大量活性氧（ROS）产生，破坏细胞氧化还原平衡。然而，慢性顺铂暴露下HGSOC细胞全局性代谢后果的研究仍不充分。多组学方法通过同时观测代谢物和基因转录的变化，能够揭示仅通过基因组分析难以完全显现的潜在可靶向代谢和转录脆弱性，为开发联合治疗方案、维持铂类化疗疗效提供重要信息。
为开展此项研究，研究人员利用了一对同系来源的患者来源HGSOC细胞模型，包括化疗 naive 的敏感细胞（SE）和经长期顺铂暴露诱导的耐药细胞（CR）。该PDX4模型细胞系来源于经Loma Linda大学机构审查委员会批准的患者样本，通过体外逐步增加顺铂浓度培养建立耐药性，并经短串联重复序列（STR）验证确认身份。研究主要采用以下关键技术方法：液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）进行非靶向代谢组学分析，使用Thermo Scientific Orbitrap Exploris 240质谱仪，在电喷雾正负离子模式下进行数据采集，通过Compound Discoverer软件进行代谢物鉴定，MetaboAnalyst 6.0进行代谢通路富集分析；Illumina平台RNA测序进行转录组学分析，DESeq2进行差异表达基因分析，Ingenuity Pathway Analysis（IPA）进行代谢通路激活分析，Gene Set Enrichment Analysis（GSEA）进行基因集富集分析；利用Gene Expression Omnibus（GEO）数据库中A2780/A2780cis细胞系（GSE98230）的RNA-seq数据进行计算机模拟验证；采用丁硫氨酸亚砜胺（BSO）抑制谷胱甘肽合成，通过MTT法检测细胞活力评估功能相关性；RT-qPCR验证关键基因表达。
研究结果部分，"慢性顺铂暴露与HGSOC细胞中独特的代谢重编程相关"：通过对PDX4 SE和CR细胞进行代谢组学分析，主成分分析（PCA）显示SE和CR细胞群沿第一主成分（PC1，解释40.6%方差）明显分离，表明慢性顺铂暴露与两种细胞状态间的代谢分化相关。双阈值火山图分析鉴定出CR细胞中21个上调和6个下调的显著差异代谢物，其中还原型谷胱甘肽和牛磺酸是上调最显著的代谢物，提示抗氧化防御相关代谢物的富集。
"慢性顺铂暴露促进谷胱甘肽、牛磺酸和氨基酸相关通路富集"：Metabolite Set Enrichment Analysis（MSEA）显示，CR细胞中谷胱甘肽代谢、氨基酸代谢和牛磺酸代谢通路显著富集，同时超长链脂肪酸β氧化也显著富集。网络分析揭示了谷胱甘肽代谢与氨基酸代谢之间的直接和间接关联。
"顺铂耐药与增加的谷胱甘肽及半胱氨酸衍生抗氧化代谢相关"：RNA测序鉴定出7506个差异表达基因。IPA分析发现5个代谢特征在CR细胞中显著激活，包括UDP-N-乙酰-D-半乳糖胺生物合成、糖异生、糖酵解、氧化磷酸化和微自噬信号。GSEA分析显示活性氧（ROS）通路和谷胱甘肽代谢基因集在CR细胞中显著富集。进一步分析谷胱甘肽代谢相关基因特征发现，CR细胞中谷胱甘肽从头合成酶GCLC和GSS、循环利用酶GSR、利用酶GSTP1和GSTM1均上调；γ-谷氨酰循环中GGT1和OPLAH上调而GGACT下调，表明谷胱甘肽周转增强。同时，NADPH生成酶G6PD、PGD、ME1和IDH1表达增加，为谷胱甘肽还原提供还原力。牛磺酸代谢相关基因也呈现轻度富集。
"谷胱甘肽代谢上调与顺铂耐药功能相关"：功能实验表明，100 μM BSO与顺铂联合处理显著增加PDX4 CR细胞对顺铂的敏感性，而SE细胞对顺铂的反应无变化。这一结果支持谷胱甘肽代谢是耐药细胞获得性依赖的特异性机制，而非所有细胞状态的普遍生存通路。
"谷胱甘肽合成的上调是获得性耐药的一致性特征"：对GEO数据库中A2780/A2780cis细胞系数据的分析验证了GCLC、GSR和GSS在耐药细胞中的上调，以及GGACT的下调，支持谷胱甘肽生物合成和循环利用通路在获得性顺铂耐药中的一致性上调。
讨论部分，研究人员指出慢性顺铂暴露驱动协调性代谢重编程，其核心特征为谷胱甘肽代谢富集、NADPH生成通路活性增加、脂肪酸β氧化和氨基酸代谢增强。这些适应性变化共同支持耐药细胞维持氧化还原稳态、缓解顺铂诱导的氧化应激。谷胱甘肽代谢在代谢物和转录组两个层面均呈现强烈富集，其增加使耐药细胞能够中和慢性顺铂处理产生的ROS，降低细胞内毒性。γ-谷氨酰循环的中间产物和酶类的转录修饰表明通路重塑有利于谷胱甘肽周转和转化。牛磺酸代谢的富集进一步表明向抗氧化防御的转变。
研究同时强调，谷胱甘肽代谢和γ-谷氨酰循环需要还原力和氨基酸两大要素。代谢组学和RNA测序证据均显示CR细胞中氨基酸代谢和脂肪酸β氧化增强，这些通路共同促进胞质NADPH的可用性，这是维持氧化还原平衡和解毒所必需的关键还原剂。A2780/A2780cis模型的验证数据表明，顺铂诱导的转录重编程与γ-谷氨酰循环进程中断及谷胱甘肽介导的解毒通路增强相关，提示该代谢重编程可能是卵巢癌中获得性耐药的保守性适应机制。
研究人员进一步讨论了该发现的治疗意义。CR细胞向谷胱甘肽代谢和NADPH产生的强烈转变为药理学干预创造了治疗漏洞。BSO联合顺铂在CR细胞中产生差异化增敏效应，表明这些细胞可能"成瘾"于这一细胞内解毒机制，而SE细胞则不依赖谷胱甘肽介导的解毒存活。研究还讨论了其他靶向谷胱甘肽及相关通路的已建立和实验性治疗策略，包括APR-246（eprenetapopt，通过耗竭谷胱甘肽池促进铁死亡）、乙基丙烯酸（EA，谷胱甘肽S-转移酶抑制剂和GSH耗竭剂）、Erastin及其类似物（通过抑制胱氨酸/谷氨酸逆向转运体抑制胱氨酸摄取，导致GSH和牛磺酸耗竭，诱导铁死亡），以及DHEA（G6PD抑制剂，减少NADPH产生）。这些药物作为顺铂或其他药物的联合治疗可能降低细胞缓冲ROS的能力。
研究结论部分翻译如下：总之，本研究提供了证据，表明慢性顺铂暴露驱动HGSOC细胞发生协调性代谢重编程。这种代谢重编程增强了支持抗氧化防御和氧化还原稳态的通路。通过整合代谢组学和转录组学分析，研究人员鉴定出谷胱甘肽代谢、氨基酸通路和NADPH生成代谢是化疗耐药代谢表型的核心组成部分。这些发现增进了对肿瘤细胞如何适应长期和反复化疗暴露的理解，并提示靶向氧化还原代谢通路可能代表克服卵巢癌铂类耐药的有前景策略。
