TM9SF1通过AMPK-ULK1信号轴驱动脂噬流维持HER2阳性乳腺癌代谢适应性的机制研究

本研究针对HER2阳性乳腺癌（HER2+ BC）治疗耐药和复发难题，揭示了跨膜蛋白TM9SF1通过激活AMPK-ULK1信号通路促进脂噬（lipophagy）的关键作用。研究人员发现TM9SF1在HER2+ BC中显著上调，通过驱动脂滴（LDs）降解为游离脂肪酸（FFAs），维持细胞能量稳态，增强肿瘤对营养胁迫的适应性。该研究为克服HER2靶向治疗耐药提供了新的代谢干预靶点。

在乳腺癌的众多亚型中，人类表皮生长因子受体2阳性（HER2⁺）乳腺癌以其侵袭性强、预后差而备受关注。尽管靶向HER2的药物如曲妥珠单抗（trastuzumab）的应用改善了患者预后，但耐药性问题依然突出，成为临床治疗的主要挑战。近年来，研究发现肿瘤细胞的代谢重编程，特别是脂代谢的异常，在肿瘤进展和治疗抵抗中扮演重要角色。自噬（autophagy）是细胞在营养胁迫下维持生存的重要过程，而脂噬（lipophagy）作为自噬的一种特殊形式，专门负责脂滴（lipid droplets, LDs）的降解，释放游离脂肪酸（free fatty acids, FFAs）供能量生产。然而，在HER2⁺乳腺癌中，脂噬的调控机制及其在肿瘤代谢适应性中的作用尚不明确。

transmembrane 9 superfamily member 1（TM9SF1）是一种多次跨膜蛋白，近期研究提示其可能参与自噬调控，并在多种癌症中显示预后指示价值。但TM9SF1是否以及如何协调自噬与脂代谢，尤其是在HER2⁺乳腺癌的代谢应激响应中，仍属未知。AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）及其下游靶点UNC-51样激酶1（UNC-51-like kinase 1, ULK1）是连接细胞能量感应与自噬启动的核心通路。研究人员推测，TM9SF1可能通过调控AMPK-ULK1轴，促进脂噬，从而帮助HER2⁺乳腺癌细胞在营养匮乏条件下维持能量供应。

本研究由Li Xiaofen、Yu Xiaoqin、Huang Kaiyan、Yu Xin、Luo Shiping、Huang Xiewei和Song Chuangui合作完成，发表于《Cell Death and Disease》。研究旨在阐明TM9SF1在HER2⁺乳腺癌脂噬及代谢重编程中的功能与机制。

为开展研究，团队综合利用了生物信息学分析、临床样本验证、细胞模型构建、动物实验以及多种分子生物学和代谢组学技术。临床样本包括来自TCGA-BRCA数据库的180例HER2⁺乳腺癌样本和22例正常对照，以及福建肿瘤医院收集的78例HER2⁺乳腺癌标本（其中63例配有癌旁组织）。关键实验技术包括基因集富集分析（GSEA）、免疫组织化学、免疫印迹（Western blot）、实时定量PCR（RT-qPCR）、免疫共沉淀、透射电子显微镜（TEM）观察自噬体和脂噬体、激光共聚焦显微镜分析细胞器共定位、Seahorse细胞能量代谢分析、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行脂质组学和蛋白质组学定量分析等。

增强的脂噬流是HER2+BC的代谢特征

研究人员首先对TCGA-BRCA数据库的转录组数据进行分析，发现HER2⁺乳腺癌与正常组织相比存在显著的差异基因表达谱。基因集富集分析（GSEA）显示，HER2⁺乳腺癌中吞噬作用相关通路以及脂质分解代谢和氧化通路显著富集。实验验证表明，与正常乳腺上皮细胞MCF10A相比，HER2⁺乳腺癌细胞系中核心自噬标志物（如BECN1、LC3B）以及关键脂解基因（LIPA、CPT1A、CPT1B、ACSL3）的表达显著上调。共聚焦显微镜观察证实，HER2⁺乳腺癌细胞中溶酶体与脂滴的共定位增加，且在饥饿条件下脂滴清除加速，表明其脂噬流增强。

+BC cohorts, stratified by TM9SF1 expression. Left: GSE1456 cohort(n=23). Right: GSE45255 cohort(n=31). Data are mean±SEM.p<0.05,p<0.01,p<0.001.'>

TM9SF1是与脂噬相关的预后生物标志物

通过交叉分析自噬和脂代谢相关基因集与HER2⁺乳腺癌差异表达基因，研究人员筛选出28个候选基因，其中TM9SF1与已知脂噬效应因子呈强正相关。实验证实，在饥饿条件下，TM9SF1表达与LC3B-II/I比值同步上调。临床样本免疫组化分析显示，TM9SF1在HER2⁺乳腺癌组织中的表达显著高于癌旁组织，且其高表达与患者年轻、高Ki67指数等高风险临床特征及较差的总生存期相关，表明TM9SF1是一个具有临床意义的、与脂噬相关的预后生物标志物。

TM9SF1促进HER2+BC细胞体内外生长增殖

通过构建TM9SF1敲低和过表达的稳定细胞系，研究人员发现TM9SF1敲低显著抑制了HER2⁺乳腺癌细胞的增殖（CCK-8、集落形成、EdU掺入实验），而其过表达则促进增殖。这些体外结果在裸鼠移植瘤模型中得到重现：TM9SF1过表达导致肿瘤生长更快、体积更大，而敲低则抑制肿瘤生长。

TM9SF1对自噬流和脂滴周转至关重要

为探究TM9SF1促进增殖的机制，研究人员考察了其对自噬的影响。TM9SF1敲低导致自噬体减少、自噬标志物表达下降，并且自噬流测定表明其损害了自噬体的生物合成而非加速了自溶酶体清除。同时，TM9SF1敲低抑制了关键脂解基因的表达，导致脂滴积累；而其过表达则促进脂滴清除。重要的是，自噬诱导剂雷帕霉素（rapamycin）可挽救TM9SF1敲低导致的增殖缺陷，而自噬抑制剂BafA1则消除了TM9SF1过表达带来的增殖优势，证明TM9SF1通过增强自噬（包括脂噬）来促进HER2⁺乳腺癌细胞增殖。

TM9SF1通过AMPK-ULK1信号轴调控脂噬

透射电镜观察显示，TM9SF1敲低细胞中包裹脂滴的双膜脂噬体结构显著减少，胞质脂滴积累。共聚焦显微镜证实TM9SF1敲低减少了溶酶体-脂滴共定位。蛋白质组学分析提示AMPK信号通路在TM9SF1敲低后发生显著改变。临床样本显示HER2⁺乳腺癌组织中磷酸化AMPK（p-AMPK, Thr172）和磷酸化ULK1（p-ULK1, Ser555）水平升高，且与TM9SF1表达正相关。Western blot证实TM9SF1敲低减弱了AMPK（Thr172）及其下游ULK1（Ser555）的磷酸化。AMPK激动剂AICAR处理可挽救TM9SF1敲低导致的脂噬缺陷和脂滴积累。这些结果表明TM9SF1通过维持AMPK-ULK1信号轴的活性来驱动脂噬。

TM9SF1驱动的脂噬促进脂肪酸释放和能量生产

脂质组学分析显示，TM9SF1敲低导致与脂噬性脂滴周转相关的溶酶体磷脂双（单酰甘油）磷酸（BMP）以及单酰甘油（MG）、二酰甘油（DG）等脂解中间产物显著减少。TM9SF1敲低降低了细胞内游离脂肪酸（FFA）水平，而雷帕霉素可逆转此缺陷。Seahorse能量代谢分析表明TM9SF1促进脂肪酸β-氧化（FAO）供能，此过程可被BafA1抑制。相应地，TM9SF1敲低导致细胞和移植瘤组织中的ATP产量显著下降，证实TM9SF1驱动的脂噬对能量生成至关重要。

TM9SF1增强营养胁迫下的代谢适应性和存活能力

在饥饿（EBSS处理）条件下，对照细胞能有效诱导自噬和增强脂噬流，加速脂滴清除，从而维持存活和增殖。而TM9SF1敲低细胞则自噬反应迟钝，无法有效增强溶酶体-脂滴共定位和脂滴清除，导致细胞死亡增加、增殖受抑。相反，TM9SF1过表达细胞在营养胁迫下表现出更强的生长能力和抵抗能力，此生存优势可被BafA1消除，证明其依赖于脂噬功能。这些发现确立了TM9SF1通过维持脂噬流来增强HER2⁺乳腺癌细胞在营养匮乏条件下的代谢适应性和存活能力。

研究结论与意义

本研究系统阐明了TM9SF1在HER2⁺乳腺癌代谢重编程中的核心作用。TM9SF1通过激活AMPK-ULK1信号轴，驱动脂噬流，促进脂滴降解为游离脂肪酸，进而通过脂肪酸β-氧化维持细胞能量稳态，增强肿瘤细胞在代谢应激下的适应性和存活能力，最终促进肿瘤增殖。这项工作在恶性表型与脂代谢适应性之间建立了关键联系，揭示了TM9SF1-AMPK-ULK1调控轴是HER2⁺乳腺癌的一个重要代谢弱点。靶向这一调控网络，特别是TM9SF1介导的脂噬，为克服HER2靶向治疗耐药提供了新的策略，具有深远的治疗意义。未来研究可进一步探索TM9SF1与HER2信号通路的相互作用，及其作为预测代谢疗法反应生物标志物的潜力。