Nature:发现尿苷可做为胰腺癌营养来源，尿苷磷酸化酶1或成为治疗新靶点

近年来，不少名人被胰腺癌夺去生命。胰腺癌早期症状不明显，一经发现多半已进入晚期，预后差，死亡率高，其凶险程度甚至称之为万癌之王都不为过。胰腺癌的80%-90%都属于胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDA），即恶性肿瘤发生于胰腺导管上皮。

肿瘤的生长需要从外部汲取能量，然而胰腺肿瘤微环境独特，几乎没有完全功能性的血管，也就无法轻易从血液中获取营养物质，比如葡萄糖。但胰腺肿瘤仍能不断生长，这说明存在着不同寻常的营养来源，而阻断这些来源，就有可能以饿死肿瘤细胞的方式治疗癌症。

密歇根大学Rogel癌症中心的研究人员发现，当无法获得葡萄糖时，尿苷也是胰腺癌的营养来源之一。该研究结果以“Uridine-derived ribose fuels glucose-restricted pancreatic cancer”为题发表于Nature。

图1 研究成果（图源：[1]）

研究人员首先对营养缺乏条件下能够促进PDA细胞代谢的营养素进行了筛选。他们在两种非恶性胰腺细胞系和19中PDA细胞系上评估了对超过175种营养素的消耗能力。结果显示，大多数细胞系都对腺苷、尿苷和几种糖有所利用。

随后研究人员评估了营养素利用模式和相关基因表达之间的相关性。结果显示，尿苷磷酸化酶1（uridine phosphorylase 1，UPP1）的表达和尿苷代谢活性呈正相关。在测试中，所有的PDA细胞都不同程度地利用了尿苷，这令人意外，因为尿苷并非碳水化合物，而是一种核苷。与之相对比的是，腺苷和肌苷的利用与UPP1表达无关。

研究人员将PDA细胞系分为高尿苷代谢组和低尿苷代谢组两类。分析两组之间的700多个差异表达基因发现，与高尿苷代谢组相关的基因中，UPP1排名最高。高尿苷代谢组（同时也是UPP1高细胞系）与内吞作用和几种炎症、免疫相关的通路上调，UPP1高肿瘤细胞表现出更高的糖酵解基因表达。此外，UPP1高细胞系和UPP1高PDA肿瘤细胞的其他代谢途径显著下调，尤其是氨基酸、脂肪酸和谷胱甘肽的代谢。

图2与高尿苷代谢组相关的基因中UPP1排名最高（图源：[1]）

随后，研究人员比较了等摩尔葡萄糖和尿苷的代谢活性差别。结果显示，在四种广泛用于研究的胰腺癌细胞系上，尿苷和葡萄糖能以相似的程度促进新陈代谢。考虑到UPP1在其中的关键角色，而UPP1能够催化尿苷裂解为1-磷酸核糖和尿嘧啶，研究人员推测，UPP1释放的核糖支持了细胞的核心碳代谢，使得细胞还原能力增加。为了证实这一点，研究人员为葡萄糖剥夺细胞补充了外源的核糖，结果显示与外源尿苷补充类似，核糖补充促进了细胞的还原能力。

图3 营养限制培养条件下补充葡萄糖、尿苷或核糖的四种PDA细胞系的相对代谢活性（图源：[1]）

使用液相色谱-质谱方法对代谢组学分析，研究人员发现，不论UPP1低细胞系或UPP1高细胞系，葡萄糖剥夺条件下补充尿苷后，糖酵解的中间产物、乳酸分泌、三羧酸循环中间物、尿苷衍生物和氨基酸的水平都增加了。这说明，尿苷能够广泛地被分解代谢以促进PDA细胞代谢。

研究人员还使用同位素标记尿苷以追踪尿苷的代谢命运。结果显示，尿苷二磷酸、尿苷三磷酸，其他核苷酸如ATP、AMP、ADP以及NAD+，糖酵解、己糖胺生物合成途径和三羧酸循环中间物，还有非必需氨基酸等都被标记了。

图4 PDA细胞中尿苷衍生的核糖碳的命运(图源：[1])

研究人员进一步敲除了PDA细胞系中的UPP1，以验证UPP1在尿苷分解代谢中的作用。结果显示，基因敲除的细胞系无法使用尿苷挽救葡萄糖剥夺条件下的细胞还原能力。敲除UPP1还广泛改变了PDA细胞系的细胞内代谢组，尿苷衍生的核糖循环也被阻断。

研究人员还注意到，与与非肿瘤样本相比，公开PDA数据集的UPP1表达有所增加。UPP1的高表达还预示着患者更差的生存结果。使用来自TCGA的数据，研究人员还确定了KRAS G12D突变的PDA会表达更高水平的UPP1。进一步测试的结果显示，不论在体内皮下异种移植模型中引入KRAS突变，还是在体外PDA细胞系中诱导KRAS突变，都会促进UPP1的表达。抑制丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）则可以降低UPP1转录物和蛋白质水平，并抑制了尿苷的分解代谢。

鉴于葡萄糖的存在与否会影响到尿苷衍生核糖的使用，研究人员推测葡萄糖剥夺的微环境也引起了PDA上调UPP1作为补偿。事实证明，葡萄糖的去除或减少都诱发了UPP1的上调，这表明，KRAS-MAPK信号和葡萄糖剥夺的微环境都可能是导致UPP1高表达的原因。

随后，研究人员在两个同源小鼠胰腺癌细胞系中创建了UPP1基因敲除模型，将这两个细胞系及其未敲除UPP1的对应细胞系植入同源小鼠的胰腺中，结果观察到敲除UPP1后肿瘤生长显著减少，代谢组发生深刻变化，血管密度更低，浸润的抗肿瘤T细胞（CD8 T细胞）更多，即敲除UPP1能够抑制PDA肿瘤生长。

图5敲除UPP1后肿瘤生长显著减少（图源：[1]）

尿苷存在于肿瘤微环境中，但其确切来源以及癌细胞如何获取它仍然是个谜。该研究的资深作者、密歇根大学分子与综合生理学系教授Costas A. Lyssiotis说：“在某些情况下它来自于血液，但很可能它来自多个地方，目前还不能将其确定为单一来源。”不过实验中已经观察到，当耗尽肿瘤相关巨噬细胞（tumour-associated macrophages，TAM）时，血浆尿苷水平降低了约八倍，并抑制原发位置的肿瘤生长。

研究的共同第一作者Matthew H. Ward表示：“癌细胞似乎在感知局部环境中葡萄糖和尿苷的浓度，以知晓它们该如何适应。”

总之，该研究证明了尿苷可作为营养来源在葡萄糖剥夺和KRAS-MAPK信号传导条件下供PDA细胞使用，阻断UPP1对小鼠胰腺肿瘤生长有深刻影响。这为治疗胰腺癌提供了新的可能的药物靶点。