14.92！远程实体癌通过NNMT连接肝脏氮代谢

14.92！远程实体癌通过NNMT连接肝脏氮代谢

癌症代谢功能障碍研究

（前言）

       2022年06月15日，生物类顶级期刊Nature communications(IF=14.92)在线发表题为“Remote solid cancers rewire hepatic nitrogen metabolism via host nicotinamide-N-methyltransferase（远程实体癌通过宿主烟酰胺-N-甲基转移酶重新连接肝脏氮代谢）”。这份工作发现癌症上调肝脏NNMT通路，将肝脏代谢重新连接到尿嘧啶生物合成，而不是通过尿素循环处理氮，从而破坏宿主体内平衡。

（研究背景）

       癌症对全身范围内的各种宿主器官产生不利影响，如在实体癌存在的情况下，脂肪组织表现出脂解增强和脂肪萎缩，肝脏的异常代谢伴随慢性炎症，最终恶化生存。烟酰胺-N-甲基转移酶(NNMT)是一种将甲基从S-腺苷甲硫氨酸(SAM)转移到烟酰胺(NAM)的酶，最初被认为是一种NAM清除酶，最近证明它在肥胖、癌症、代谢方面也有很多作用。NNMT和MNAM是否参与癌症诱导的宿主病理生理学目前尚不清楚。

（研究思路）

       多组学分析揭示了伴随氨基酸积累的尿素循环抑制，以及荷癌小鼠肝脏中尿嘧啶生物合成的增强。

（结果）

01 实体癌上调肝脏中的Nnmt表达，Nnmt缺失消除了MNAM并在携带癌症的情况下积累SAM

       移植4T1乳腺癌后，肝脏中Nnmt的表达增加；肝脏Nnmt的诱导不限于4T1乳腺癌模型，因为结肠癌、卵巢癌和肺癌均不同程度地增加了肝脏Nnmt mRNAs，实体癌对肝脏NNMT的上调出现了普遍现象。利用液相色谱与串联质谱联用对小鼠的肝脏样品进行分析，在携带4T1的小鼠的肝脏，MNAM的稳态量增加了但不影响肝脏中的NAM、SAM和SAH。4T1条件培养基能够上调AML12中的Nnmt表达（图1e），伴随着MNAM的增加和SAM的减少（图1f），TNFα能够增加NnmtmRNAs和MNAM（图1g），共同表明4T1乳腺癌至少部分通过TNFα等可溶性因子激活肝脏NNMT通路。

       利用CRISPR-Cas9技术生成了Nnmt敲除(KO)小鼠，MNAM几乎被消除；与假处理的小鼠相比，NnmtKO在携带4T1的小鼠的肝脏内积累SAM，伴随着SAM/SAH比率的增加，表明甲基供体平衡被破坏（已知甘氨酸N-甲基转移酶(GNMT)是肝脏中SAM的主要消耗者，而GnmtKO会积累SAM。基因表达分析显示，在携带4T1的条件下Gnmt的表达降低），NNMT会影响SAM在类似低Gnmt的条件下的量。由于NnmtKO中缺乏MNAM，WT肝脏中4T1乳腺癌对MNAM的增加被完全消。因此，在携带4T1乳腺癌的小鼠中，NnmtKO导致SAM的积累，同时抵消了肝脏中MNAM的预期增加。

02 Nnmt缺失缓冲由4T1乳腺癌引起的多组学变化

       对4T1乳腺癌小鼠的肝脏进行了多组学分析（转录组和代谢组）。转录组分析显示4T1乳腺癌影响肝脏中的全局基因表达,在移植后14天，2933个基因上调(炎症主要特征)，而1921个基因在13,921个监测基因中下调（代谢）表明4T1乳腺癌影响肝脏代谢。4T1乳腺癌不仅通过NNMT上调而且通过Aox基因的下调（即抑制MNAM降解）增加MNAM。当对NnmtKO小鼠进行相同的实验时，在NnmtKO小鼠的肝脏中，534个上调基因和1002个在WT小鼠中显示下调的基因被标准化，这种基因调控的改善没有扩展到炎症基因，表明Nnmt对于癌症诱导的肝脏炎症是可有可无的，转录组数据可能反映了Nnmt破坏对4T1乳腺癌诱导的代谢功能障碍的改善。

03  NNMT是尿素循环和尿嘧啶生物合成失调所必需的

       代谢组数据表明，在WT的174种代谢物中，50种升高，14种降低，携带4T1的小鼠的肝脏存在代谢功能障碍，NnmtKO减少了受癌症影响的代谢物的数量。KEGG分析表明NNMT似乎与4T1乳腺癌患者的尿素循环失调和尿嘧啶生物合成有关，MNAM至少介导了部分观察到的癌症诱导的肝脏代谢异常（即尿素循环失调）。

（结论）

       这项工作表明烟酰胺-N-甲基转移酶(NNMT)是一种宿主因子，可介导荷癌小鼠肝脏中的代谢功能障碍。多种实体癌在肝脏中远距离增加Nnmt及其产物1-甲基烟酰胺(MNAM)的表达，癌症上调肝脏NNMT通路，将肝脏代谢重新连接到尿嘧啶生物合成，而不是通过尿素循环处理氮，从而破坏宿主体内平衡。

（评价）

       癌症以各种方式破坏宿主体内平衡，但导致这种破坏的宿主因素的身份仍然很大程度上未知。利用小鼠遗传学和多组学分析将NNMT确定为促进荷癌动物肝脏代谢功能障碍的宿主因子，揭示了NNMT在癌症诱导的宿主病理生理学中的作用，而且为研究严重影响无法治愈的癌症患者的复杂系统综合征提供了基础。

    （DOI）：10.1038/s41467-022-30926-z