Cell：饿死癌细胞？小心它“狗急跳墙”！重磅研究揭示低糖饮食背后的转移风险

反常的判决：低糖代谢竟与高复发风险挂钩？

故事的开端，源于一个与传统认知相悖的临床观察。

研究人员首先进行了一项大规模的泛癌种分析。他们调取了癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas, TCGA)数据库中22种不同癌症类型、共计2514名在手术时未发现远处转移的患者数据。他们利用基因集变异分析(Gene Set Variation Analysis, GSVA)评估了每位患者肿瘤组织内的葡萄糖代谢活跃程度。按照常理，代谢越活跃的肿瘤应该越“恶性”，复发风险也越高。

然而，数据给出了一个令人意外的答案。在分析的22种癌症中，有15种癌症的患者数据显示，肿瘤内部葡萄糖代谢水平较低的群体，其术后两年的复发风险反而显著更高。这就像一场审判，所有人都以为“头号嫌犯”（高糖代谢）罪证确凿，结果“不起眼的小角色”（低糖代谢）却被判了重罪。

为了验证这一发现，研究人员将目光聚焦于肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)。他们对比了发生肺转移和未发生肺转移的肝癌患者。结果再次印证了最初的猜想：通过正电子发射断层扫描(FDG-PET)成像，他们发现，发生肺转移的患者，其原发肿瘤对葡萄糖类似物(FDG)的摄取能力（以SUVmax值衡量）显著低于未转移的患者。这意味着，那些最终“逃逸”出去的癌细胞，其“老巢”的葡萄糖代谢本就不那么活跃。进一步检测肿瘤组织中的乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)活性——这是糖酵解途径的关键酶，结果显示，发生肺转移的患者肿瘤LDH活性也显著更低。

这些患者的数据都指向同一个结论：低葡萄糖代谢，而非高葡萄糖代谢，似乎是预测癌症转移和复发的一个更危险的信号。

为了在更可控的条件下验证这个“反常识”的现象，研究人员构建了多种小鼠肿瘤模型，包括肝癌、黑色素瘤、乳腺癌、结肠癌和胃癌。他们给荷瘤小鼠分别喂食正常饮食、高碳水饮食(High-Carbohydrate Diet, HCD)和低碳水饮食(Low-Carbohydrate Diet, LCD)。

实验结果堪称戏剧性：一方面，正如预期，高碳水饮食确实助长了原发肿瘤的生长，而低碳水饮食则显著抑制了肿瘤的体积。这部分结果符合“饿死癌细胞”的传统理论。另一方面，当研究人员检查小鼠的肺部时，惊人的一幕出现了。与正常饮食组相比，低碳水饮食组的小鼠肺部转移灶数量显著增多！而在高碳水饮食组中，虽然原发瘤长得快，但其肺转移的增加与肿瘤体积的增长密切相关。更关键的是，低碳水饮食诱导的肺转移似乎与原发肿瘤的大小无关，即使在自发性肝癌模型（一种更接近人类癌症自然发生过程的模型）中，低碳水饮食也同样促进了早期肺转移。

这说明，低碳水饮食仿佛让癌细胞改变了生存策略。它们不再专注于在“根据地”疯狂扩张，而是变得更善于“长征”，派出了更多的“侦察兵”去开辟新的“根据地”。那么，这个过程中究竟发生了什么？癌细胞是如何在自身能量受限的情况下，反而获得了更强的转移能力？答案，或许不在癌细胞本身，而在它所影响的整个“生态系统”——我们的身体。

致命的“欢迎垫”：肺部如何为癌细胞敞开大门？

癌细胞的转移并非一场说走就走的旅行，而是一场险象环生的远征。绝大多数进入血液循环的肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs)都会在途中或到达目的地后被免疫系统消灭。只有当远端器官的“土壤”——即“转移前微环境”(pre-metastatic niche)——变得适合癌细胞“播种”时，转移才可能成功。

研究人员推测，葡萄糖限制可能正在悄悄地改造肺部这片“土壤”，使其从一片充满“卫兵”的严防之地，变成了一块铺着“欢迎垫”的乐土。为了验证这个想法，他们运用了单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)技术，对喂食正常饮食和低碳水饮食的荷瘤小鼠肺部的所有免疫细胞(CD45+细胞)进行了“人口普查”。

普查结果清晰地描绘出了一幅“权力交接”的图景：在低碳水饮食组小鼠的肺部，巨噬细胞(macrophages)的数量显著增加，形成了一个以巨噬细胞为主导的免疫环境。与此同时，自然杀伤细胞(Natural Killer cells, NK cells)的数量却急剧减少，尤其是那些具备强大杀伤功能的NK细胞。NK细胞，是我们免疫系统中的“巡逻警察”，它们是抵御癌症转移的第一道防线，无需预先识别抗原就能迅速发现并杀死癌细胞。NK细胞的耗竭，无异于在癌症转移的必经之路上撤走了最重要的岗哨。

更有趣的是，研究人员通过动态观察发现，这种变化是有先后顺序的。在小鼠开始低碳水饮食后的第3天，肺部巨噬细胞的数量就开始翻倍并趋于稳定；而NK细胞的减少则发生在第6天之后，并在第9天时达到约70%的降幅。这个时间差强烈暗示：是巨噬细胞的“集结”导致了NK细胞的“溃败”。

为了证实这一因果关系，研究人员进行了一个巧妙的“反证”实验。他们使用了一种能特异性清除巨噬细胞的抗体（靶向CSF1R的抗体），处理正在接受低碳水饮食的荷瘤小鼠。结果，奇迹发生了：清除了巨噬细胞后，NK细胞的功能得到了恢复，其数量不再下降，细胞内的“杀伤武器”——颗粒酶B(granzyme B)和穿孔素(perforin)的水平也恢复了正常。更重要的是，肺部的转移灶几乎完全消失了！这个实验结果非常有说服力地证明了，正是葡萄糖限制诱导的肺部巨噬细胞的聚集，才导致了NK细胞的耗竭，从而为癌细胞的到来创造了一个完美的“安全屋”。

秘密的“握手”：PVR-TIGIT，压垮NK细胞的最后一根稻草

现在，我们知道了是巨噬细胞“赶走”了NK细胞。但它们是如何做到的呢？两者之间是否存在某种秘密的“通讯方式”？研究人员再次求助于单细胞测序数据，通过分析巨噬细胞与NK细胞之间的相互作用信号通路，他们很快锁定了头号“嫌疑犯”——PVR-TIGIT信号轴。

这是一个经典的免疫抑制信号通路：PVR(poliovirus receptor)，是一种表达在巨噬细胞表面的配体蛋白。TIGIT(T cell immunoreceptor with Ig and ITIM domains)，是其对应的受体，主要表达在NK细胞和T细胞表面。当巨噬细胞上的PVR与NK细胞上的TIGIT像两只手一样“握”在一起时，就会向NK细胞传递一个强烈的“停止工作”信号，使其进入“耗竭”(exhaustion)状态，失去杀伤能力。

数据显示，在低碳水饮食或低糖代谢肿瘤模型小鼠的肺部：巨噬细胞表面PVR的表达水平显著上调。它们像一个个举着“停止牌”的交通警察。而在肺部的所有免疫细胞中，NK细胞是表达TIGIT水平最高、数量最多的群体。它们恰好就是最容易被“叫停”的目标。

找到了这个关键的“秘密握手”，下一步自然是想办法阻止它。研究人员使用了一种抗TIGIT的抗体，这种抗体可以抢先与NK细胞上的TIGIT结合，阻止它与巨噬细胞上的PVR“握手”。这剂“解药”的效果立竿见影：

1. 免疫恢复： NK细胞的功能和数量都得到了有效恢复。

2. 转移被阻断： 由低碳水饮食或低糖代谢肿瘤引起的肺转移被完全抑制。

3. 意外之喜： 不仅如此，阻断TIGIT信号后，原发肿瘤的生长受到了更强烈的抑制，低碳水饮食的抗癌效果得到了“增强”。

这意味着，通过阻断PVR-TIGIT这个“刹车”信号，不仅解决了低糖饮食带来的转移风险，还把它变成了一个“油门”，增强了对原发肿瘤的控制。这是一个潜在的“一石二鸟”的治疗策略。

来自“老巢”的信使：外泌体TRAIL，一切的始作俑者

故事至此，还有一个最大的谜团尚未解开：远在肝脏的原发肿瘤，是如何向肺部的巨噬细胞“发号施令”，让它们增加PVR的表达呢？两者之间隔着千山万水，信息是如何传递的？答案，隐藏在一种被称为外泌体(exosomes)的微小囊泡中。

外泌体是细胞分泌的“纳米级快递包裹”，直径约30-150纳米。细胞可以将蛋白质、RNA等“货物”装进外泌体，然后释放到血液中，这些“包裹”可以被远处的细胞接收，从而实现远距离的细胞间通讯。研究人员发现，在葡萄糖饥饿的条件下，肿瘤细胞会分泌出更多的外泌体。当他们通过基因手段（敲低Rab27a基因）抑制肿瘤细胞分泌外泌体的能力后，之前观察到的所有现象——肺部巨噬细胞PVR表达上调、NK细胞耗竭、肺转移增加——都消失了。这表明，外泌体就是那个从肿瘤“老巢”出发，前往肺部送信的“信使”。

那么，这个“信使”携带的“信件”内容是什么呢？通过一系列筛选和验证，研究人员最终锁定了一个关键的分子——TRAIL(Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand)。TRAIL本身是一个著名的“双面派”分子，它既能诱导某些癌细胞凋亡，也能在特定情境下促进炎症。

研究发现：葡萄糖饥饿的肿瘤细胞所分泌的外泌体，其表面富含TRAIL蛋白。当这些携带TRAIL的外泌体到达肺部，与巨噬细胞接触时，外泌体表面的TRAIL会与其在巨噬细胞上的受体(TNFRSF10B)结合。这种结合会激活巨噬细胞内部的NF-κB信号通路——一个经典的炎症启动通路。NF-κB通路的激活，最终导致巨噬细胞开始大量生产并表达PVR蛋白。

至此，整条信号链被完整地串联起来了：

低糖环境 →肿瘤细胞分泌携带TRAIL的外泌体→外泌体到达肺部→激活巨噬细胞的NF-κB通路→巨噬细胞高表达PVR→PVR与NK细胞的TIGIT结合→NK细胞耗竭→肺部转移前微环境形成→ 癌细胞成功定植。

“致命包裹”的生产线：ER-stress-HRD1-Ub-ESCRT轴

作为严谨的科学探索，故事并未在此结束。研究人员还想知道，在肿瘤细胞内部，这个携带TRAIL的“致命包裹”是如何被生产和打包的？他们发现，葡萄糖缺乏会引发肿瘤细胞的内质网应激(Endoplasmic Reticulum Stress, ER stress)。内质网是细胞内负责蛋白质折叠和加工的“工厂”，当能量供应不足时，“工厂”运转失灵，大量未折叠的蛋白质堆积，引发应激反应。

在这个过程中，一个名为HRD1的E3泛素连接酶被激活了。HRD1的工作，就是给特定的蛋白质贴上“泛素”(ubiquitin)标签。有趣的是，泛素标签有很多种，其中K48连接的泛素链通常是“送去销毁”的信号，而K63连接的泛素链则更像一个“打包转运”的地址标签。研究表明，在内质网应激下，HRD1会选择性地给TRAIL蛋白贴上K63连接的泛素标签。这个“地址标签”随后被一个名为ESCRT的“分拣系统”识别，将TRAIL蛋白精确地分拣、打包进正在形成的外泌体中。通过敲低HRD1或ESCRT复合物的关键蛋白（如TSG101），研究人员成功地阻断了TRAIL向外泌体的“打包”过程，从而也中断了后续所有的转移促进效应。这部分研究，从分子层面完美解释了肿瘤细胞是如何在饥饿胁迫下，巧妙地利用自身的应激反应，将一个特定的信号分子打包成“洲际导弹”，精准地打击远方的免疫系统。

从实验室到临床：能否用“魔鬼”来预警“魔鬼”？

这项研究最激动人心的部分，在于它不仅仅是基础科学的探索，更蕴含着巨大的临床转化潜力。既然血浆中流淌着来自肿瘤的“信使”，我们能否通过检测这些“信使”，来预测癌症转移的风险呢？研究人员开发了一种酶联免疫吸附测定(ELISA)方法，可以特异性地检测血浆中外泌体TRAIL(Exo-TRAIL)的含量。

他们在一个包含健康人、未转移肝癌患者和已发生肺转移肝癌患者的队列中进行了检测，结果令人振奋：已发生肺转移的患者，其血浆Exo-TRAIL水平极显著地高于未转移患者和健康人。并且，Exo-TRAIL水平与肿瘤的葡萄糖代谢活性（如FDG-PET的SUVmax值和LDH活性）呈显著负相关。这与之前的机制研究结果完全吻合。

接下来，他们在一个包含92名接受手术切除的肝癌患者的独立队列中，验证了血浆Exo-TRAIL的预测能力。这些患者在手术时都没有可见的转移灶。研究人员在手术当天采集了他们的血液样本，然后进行了长达5年的随访。结果显示，血浆Exo-TRAIL作为一个预测术后肺转移的生物标志物，表现极为出色：在预测术后1年内发生肺转移方面，其受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)高达0.824。AUC值越接近1，表示预测的准确性越高。相比之下，传统的肝癌标志物，如甲胎蛋白(AFP)和肿瘤大小，其AUC值分别只有0.701和0.633。

这意味着，血浆外泌体TRAIL在预测早期肺转移风险方面，远比我们目前临床上常用的指标更精准、更灵敏。它就像一个高精度的“天气预报”，能提前告诉我们远处是否即将“乌云密布”，从而为早期干预提供了宝贵的时间窗口。

重新审视我们的抗癌武器

这项里程碑式的研究，为我们描绘了一幅远比我们想象中更复杂的癌症代谢与免疫互作图景。它告诉我们，任何试图干预肿瘤的策略，都可能引发一系列我们未曾预料到的全身性连锁反应。

“饿死癌细胞”的策略本身并没有错，低糖环境确实能抑制原发肿瘤的生长。但这个策略的“副作用”——通过外泌体TRAIL诱导肺部免疫抑制，促进转移——同样不容忽视。这提醒我们，在抗癌这场战争中，我们不能只盯着敌人的“主城”（原发瘤），还必须警惕它们派出的“奇兵”（转移）。

然而，这项研究的伟大之处在于，它不仅发现了一个“魔鬼”，还指明了如何利用这个“魔鬼”。高水平的血浆外泌体TRAIL，既是一个危险的信号，也是一个宝贵的路标。它或许能帮助我们筛选出那些最有可能从抗TIGIT免疫疗法中获益的高危患者群体。

未来的癌症治疗，或许会是这样一幅景象：一位癌症患者在接受治疗前，通过检测血浆外泌体TRAIL水平，来评估其转移风险。如果水平很高，医生可能会建议采用“低碳水饮食 + 抗TIGIT抗体”的联合疗法。这样一来，既能通过低糖饮食抑制原发灶，又能通过免疫疗法阻断转移通路、唤醒被“麻痹”的NK细胞，最终实现对癌症的“立体化打击”。

科学的进步，正是在这样不断地发现问题、揭示悖论、并最终找到解决方案的过程中螺旋式上升的。这项研究无疑为我们打开了一扇新的大门，让我们以更全面、更动态的视角去理解和对抗癌症这个狡猾的敌人。