腫瘤細胞表現出獨特的代謝變化，以支持其生物量的快速積累，也稱為代謝重編程，其中脂代謝的重編程是腫瘤細胞的重要特征之一。許多代謝相關基因通過選擇性剪接以產生環狀RNA，但對它們的功能仍然知之甚少，特別是在脂代謝重編程中的作用還不是很清楚。

2022年11月22日，中國科學技術大學李啟東老師和中國科學技術大學附屬第一附屬醫院姚寒暉老師作為共同一作在Cell Reports上發表了題為“circPRKAA1 activates a Ku80/Ku70/SREBP-1 axis driving de novo fatty acid synthesis in cancer cells”的文章。該文發現AMP活化蛋白激酶（AMPK）的 α1亞基編碼的環狀RNA（circRNA）——circPRKAA1在維持肝細胞癌（HCC）脂質穩態中發揮著重要的作用，circPRKAA1的表達通過兩種協調功能促進脂肪酸的合成并促進脂質的儲存。中科新生命參與了該研究中靶向膽汁酸和蛋白質譜檢測的相關工作。

作者首先對circPRKAA1進行鑒定和表征，已證實其確為真正的circRNA。接著作者在離體組織中發現，與癌旁正常組織相比，circPRKAA1在肝細胞癌中的表達更高。此外，作者也比較了circPRKAA1在一組HCC來源的腫瘤系和正常肝細胞中的表達。結果發現circPRKAA1的表達在某些腫瘤系（Hep3B，PLC / PRF / 5和HepG2）中升高，而其他（Huh7，HCCLM3，SK-Hep-1和SMMC-7721）表達的水平與正常細胞系（HAFF 和WRL68）相似，表明HCC細胞系的一個子集顯示出circPRKAA1表達升高（圖1）。
 

圖1 circPRKAA1的生物發生和表達表征

2. circPRKAA1促進HCC中的脂質積累

作者進一步研究了circPRKAA1在脂質合成代謝中的作用，結果發現circPRKAA1沉默和過表達時分別降低和增加細胞中游離脂肪酸(FFAs)和甘油三酯(TG)的含量，但不影響總膽固醇(TC)水平。circPRKAA1沉默后，FFA水平顯著降低，而總飽和脂肪酸(SFAs)、單不飽和脂肪酸(MUFAs)、多不飽和脂肪酸(PUFA)、n-3 PUFAs和n-6 PUFAs水平也顯著降低。在circPRKAA1沉默后，SREBP-1，ACC1，ACLY，SCD1和FASN蛋白的表達水平顯著降低，而circPRKAA1過表達則增加了它們的表達。此外，還發現circPRKAA1可能為SREBP-1（一種轉錄因子，可驅動必需脂肪酸合成酶的表達）的潛在激活劑。結果表明circPRKAA1增強了HCC細胞中脂肪酸的從頭合成和脂質積累（圖2）。
 

圖2 circPRKAA1促進細胞脂質儲存的積累

3. circPRKAA1 直接與 Ku80 和 Ku70 結合

接著作者研究了circPRKAA1是如何調節從頭脂肪酸的合成，結果發現Ku80/Ku70、mSREBP-1和circPRKAA1之間形成了四聚體復合物，且circPRKAA1在細胞核中與Ku80、Ku70和mSREBP-1相互作用。通過體外重建相互作用實驗發現circPRKAA1直接與Ku80和Ku70相互作用，而不是直接與mSREBP-1結合。通過結構預測等實驗發現完整的circPRKAA1/Ku80/Ku70復合物是先激活mSREBP-1并隨后促進脂肪酸從頭合成（圖3）。

圖3 circPRKAA1直接與Ku80和Ku70結合

4. circPRKAA1通過與Ku蛋白相互作用促進mSREBP-1的穩定性和轉錄活性

作者進一步研究了circPRKAA1與Ku80 / Ku70的結合是如何影響mSREBP-1功能。

結果發現circPRKAA1的沉默對Ku80或Ku70蛋白水平沒有影響，且并不影響Ku80和Ku70之間的結合，但Ku80或Ku70與mSREBP-1之間的相互作用減少。circPRKAA1/Ku80/ Ku70/mSREBP-1配合物通過阻止其蛋白酶體降解從根本上維持mSREBP-1的穩定性。表明circPRKAA1通過與Ku80/Ku70的結合，起到促進mSREBP-1穩定的作用，并建立RNA-DNA三聯體，將復合物錨定在SREBP-1基因靶標的啟動子區域（圖4）。

圖4 circPRKAA1通過與Ku蛋白相互作用促進mSREBP-1的穩定性和轉錄活性

5. circPRKAA1生物發生是SRSF1依賴性剪接對AMPK活性狀態的響應

在確定了circPRKAA1的下游作用之后，作者轉向識別負責觸發circPRKAA1生物發生的上游信號。結果發現抑制AMPK會增加circPRKAA1水平，表明低細胞AMPK活性是產生circPRKAA1的生理觸發因素，此外，也證實了低AMPK活性狀態以SRSF1依賴性方式誘導circPRKAA1表達的結論（圖5）。

圖5 circPRKAA1生物發生是SRSF1依賴性剪接對AMPK活性狀態的響應

6. circPRKAA1在腫瘤發生中的生物學意義

作者首先研究了調節circPRKAA1的表達對腫瘤細胞生長的影響，結果發現circPRKAA1的表達對體外和體內腫瘤細胞的生長產生積極影響。接著從臨床樣本中建立證據，以表明circPRKAA1在HCC中的表達與AMPK激活有關。結果發現p-AMPK濃度和circPRKAA1表達之間呈負相關，為人類腫瘤組織中存在AMPK-SRSF1-circPRKAA1調節軸提供了支持證據，并建立工作模型將AMPK活性、circPRKAA1生成和從頭脂肪生成聯系起來（圖6）。
 

圖6 circPRKAA1在腫瘤發生中的生物學意義

  小編小結  

本文證明了circPRKAA1通過與Ku蛋白相互作用促進mSREBP-1穩定性和轉錄活性的機制和作用。circPRKAA1有助于脂肪酸的從頭生物合成，表明circPRKAA1是AMPK調控腫瘤細胞脂質代謝重編程的重要組成部分。circPRKAA1升高可能在HCC中起腫瘤啟動子作用，靶向circPRKAA1可能為HCC提供新的治療機會，此項研究具有重要的理論和臨床意義。