β-羟基丁酸通过非经典代谢途径支持癌细胞胞质乙酰辅酶A合成的新机制

本研究揭示了癌细胞在肿瘤微环境中利用β-羟基丁酸（β-OHB）作为胞质乙酰辅酶A（acetyl-CoA）主要来源的创新机制。研究人员发现，除经典的三羧酸循环途径外，β-OHB衍生的乙酰乙酸可通过AACS（acetoacetyl-CoA synthetase）依赖的旁路途径生成胞质乙酰辅酶A，该发现为理解KRASG12D胰腺癌和黑色素瘤在热量限制条件下的代谢重编程提供了新视角，相关成果发表于《Nature Metabolism》。

在肿瘤微环境中，癌细胞面临着营养供给的动态变化。当机体处于禁食或低碳水化合物饮食状态时，肝脏产生的酮体（如β-羟基丁酸，β-OHB）成为重要替代能源。既往研究认为β-OHB仅通过线粒体中的BDH1（β-hydroxybutyrate dehydrogenase 1）和OXCT1（3-oxoacid CoA-transferase 1）代谢生成乙酰辅酶A进入三羧酸循环（TCA cycle）。然而，这项发表于《Nature Metabolism》的研究颠覆了传统认知，揭示了癌细胞利用β-OHB的崭新代谢途径。

研究团队首先在胰腺导管腺癌（PDAC）细胞AL1376（源自LSL-Kras^G12D; Trp53^fl/+; Pdx1-Cre小鼠模型）、黑色素瘤B16细胞和人源PDAC细胞MIA PaCa-2中，证实了β-OHB在脂质缺乏条件下通过支持脂肪酸合成促进细胞增殖的关键作用。通过¹³C同位素示踪和同位素谱分析（ISA），意外发现β-OHB标记的胞质乙酰辅酶A丰度甚至超过其前体 citrate，暗示存在不依赖TCA循环的代谢旁路。

关键实验技术包括：CRISPR-Cas9基因敲除（靶向Bdh1、Oxct1和Aacs基因）、稳定同位素标记（[U-¹³C]-β-OHB和[U-¹³C]-葡萄糖）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析代谢物，以及小鼠原位胰腺肿瘤模型和热量限制饮食模型。

【β-OHB促进脂质饥饿条件下癌细胞增殖】

在缺乏外源脂质时，5 mM β-OHB能显著挽救AL1376、B16和MIA PaCa-2细胞的增殖缺陷，该效应被脂肪酸合成酶（FASN）抑制剂GSK2194069和他汀类药物阻断。通过¹³C标记实验证实，β-OHB贡献了棕榈酸（16:0）、棕榈油酸（16:1）和油酸（18:1）等脂肪酸合成所需的乙酰基团。

【β-OHB是胞质乙酰辅酶A的主要来源】

同位素示踪显示，[U-¹³C]-β-OHB标记的胞质乙酰辅酶A比例高达50%，且在脂质充足/缺乏条件下无显著差异。值得注意的是，1 mM β-OHB（生理浓度）即可显著抑制葡萄糖衍生的乙酰辅酶A标记，表明β-OHB在竞争中占据优势。

【非经典AACS依赖的代谢途径】

基因敲除实验揭示：Oxct1敲除仅部分降低胞质乙酰辅酶A标记，而Aacs敲除则特异性阻断该旁路途径。双敲除Oxct1/Aacs导致胞质乙酰辅酶A标记几乎完全消失，证实线粒体乙酰乙酸可通过AACS和硫解酶在胞质中转化为乙酰辅酶A。

【体内实验验证生理相关性】

在原位胰腺肿瘤模型中，Bdh1、Oxct1或Aacs单敲除均显著抑制肿瘤生长。特别值得注意的是，在热量限制饮食（CR）小鼠中，B16黑色素瘤对Oxct1/Aacs双敲除表现出显著敏感性，这与CR条件下血浆β-OHB升高（达3 mM）和脂肪酸水平下降的代谢特征密切相关。

这项研究首次系统阐明了β-OHB通过AACS依赖的旁路途径支持胞质乙酰辅酶A合成的分子机制，突破了传统认知中线粒体TCA循环的中心地位。该发现不仅为理解肿瘤微环境代谢适应性提供了新视角，更提示靶向AACS可能成为KRAS突变胰腺癌等恶性肿瘤的潜在治疗策略。特别是在热量限制或生酮饮食等代谢干预背景下，调控酮体代谢途径或可增强现有抗癌疗效，具有重要的转化医学价值。