客户文章︱Neuron︱中山大学谢敬敦团队解码PDAC共病：肿瘤-代谢-神经元轴如何驱动疼痛与抑郁？

发布时间：2025-12-04 15:58:55

胰腺导管腺癌(PDAC)患者常伴随难以控制的疼痛和抑郁共病，严重影响生活质量和生存期，但其中枢机制不明。神经—肿瘤交互作用及代谢重编程在PDAC共病中扮演重要角色，但其调控神经功能障碍的具体机制仍需探究。m⁶A修饰及甲基转移酶14(METTL14)在癌症和疼痛、抑郁调控中具有潜在作用，S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作为其关键底物也参与癌症进展，然而中枢神经系统中METTL14介导的表观基因组修饰是否参与PDAC诱导的共病，目前仍不清楚。

2025年11月4日，中山大学谢敬敦团队在Neuron上发表了题为METTL14 integrates tumor-derived SAM to drive parabrachial epigenetic rewiring in pancreatic cancer的研究文章。该研究揭示了PDAC诱发疼痛-抑郁共病的新机制：PDAC使小鼠LPBN谷氨酸能神经元（LPBN^Glu）中METTL14表达上调，并与肿瘤来源的SAM协同增强肾上腺髓质素（ADM）的m⁶A修饰并上调其表达，进而促进LPBN^Glu神经元过度兴奋及LPBN^Glu→PVT^Glu/LH^Glu环路激活，最终促成共病。靶向抑制或敲除LPBN^Glu神经元中的METTL14，或通过甲硫氨酸限制饮食降低SAM水平，能缓解共病症状及抑制肿瘤生长。

中山大学肿瘤防治中心谢敬敦教授为独立通讯作者，杨晓华、王欣桐、陆伟成和叶青青为论文共同第一作者。

PDAC小鼠出现严重疼痛-抑郁共病，且外侧臂旁核谷氨酸能神经元（LPBN^Glu）中METTL14表达升高

研究通过胰腺内注射表达荧光素酶的K8484细胞建立原位PDAC模型（图1A-C），发现荷瘤小鼠表现出持续的疼痛样行为（图1D）和抑郁样行为（图1E）。由于术后4周时雌雄小鼠的共病状态均趋于稳定，后续实验聚焦于该时间点，并以雄性小鼠为主要研究对象。进一步通过c-Fos染色确定LPBN是肿瘤诱导神经激活的主要脑区，而非其他相关脑区（图1G）。该脑区m⁶A甲基转移酶METTL14的RNA及蛋白表达特异性上调且富集（图1H-J），METTL14表达水平与PDAC小鼠的疼痛样和抑郁样行为均呈强正相关（图1K）。细胞特异性分析进一步表明METTL14主要表达于神经元（图1L），且在LPBN谷氨酸能神经元中特异性富集（图1M）。这表明LPBN^Glu神经元中的METTL14在PDAC共病中起关键作用。

图1 PDAC小鼠表现出严重的疼痛-抑郁共病，且LPBN^Glu神经元中METTL14表达升高

LPBN^GluMETTL14促进PDAC诱导的疼痛-抑郁共病

研究为探究LPBN^Glu神经元中METTL14在PDAC诱导共病中的功能特异性，先构建Mettl14^flox/flox（Mettl14^f/f）小鼠，通过向其LPBN注射AAV-CaMKIIα-Cre-DsRed病毒构建Mettl14条件性敲除（Mettl14-cKO）小鼠（图2A），证实Cre介导的敲除可显著减少LPBN^Glu神经元中的METTL14（图2B-C），且该敲除能显著减轻PDAC诱导的伤害性感受反应和抑郁样行为（图2D-E）。随后向正常小鼠LPBN注射AAV-CaMKIIα-Cre-DsRed与AAV-DIO-Mettl14-mCherry的混合病毒（图2F-H），发现与空载对照（AAV-DIO-mCherry）相比，METTL14过表达可诱导正常小鼠出现腹部机械痛觉过敏、弓背评分升高及TST、FST中不动时间延长、SPT中蔗糖偏好度降低等疼痛-抑郁共病相关行为（图2I-J），综上表明LPBN^Glu神经元中的METTL14在PDAC诱导的疼痛-抑郁共病发生发展中起关键作用。

图2 LPBN^Glu神经元中的METTL14促进PDAC诱导的疼痛-抑郁共病

LPBN^Glu神经元过度兴奋参与METTL14介导的共病

为探究LPBN^Glu神经元中METTL14参与PDAC诱导共病的机制，研究先对PDAC组与对照组小鼠LPBN进行RNA测序（RNA-seq），发现PDAC条件下与行为调控、突触翻译相关通路富集（图3A），Mettl14-cKO小鼠LPBN中有2177个差异表达基因（图B）。GO富集分析显示，METTL14可通过调控与G蛋白偶联受体信号传导中的胞质钙离子动态、钙离子转运、疼痛感觉相关的通路，影响LPBN的神经活性（图3C）。随后光纤photometry记录发现，PDAC小鼠LPBN谷氨酸能神经元自发性钙信号及von-Frey和TST刺激下的钙瞬变均显著增强（图3D-G）；全细胞膜片钳记录证实该类神经元在自发和诱发水平均内在过度兴奋（图3H-K）。向PDAC小鼠LPBN共注射AAV-CaMKIIα-Cre与AAV-DIO-hM4Di-mCherry并腹腔注射CNO抑制该类神经元活性后，其伤害性感受过敏和抑郁样行为均显著改善（图3L-M），且肿瘤生长延缓。综上表明LPBN^Glu神经元过度兴奋既介导PDAC诱导的疼痛-抑郁共病，又能促进外周肿瘤生长。

图3 LPBN^Glu神经元过度兴奋参与METTL14介导的疼痛-抑郁共病

LPBN^Glu METTL14调控神经元兴奋性并参与疼痛-抑郁共病

为探究METTL14是否通过调控LPBN^Glu神经元兴奋性影响PDAC诱导的共病，研究向PDAC小鼠LPBN共注射AAV-CaMKIIα-GCaMP6s与AAV-CaMKIIα-shMettl14-EGFP（图4A），记录基础神经元活性后进行行为学测试并监测刺激后钙动力学变化（图4B）。结果发现，METTL14敲低小鼠在0.16g von-Frey、悬尾和强迫游泳刺激下LPBN^Glu 元钙信号显著降低（图4C-D），全细胞膜片钳记录进一步证实METTL14缺失可降低LPBN^Glu兴奋性，表现为动作电位频率降低、静息膜电位更负、rheobase升高（图4E-H）。随后向CaMKIIα-Cre小鼠LPBN共注射AAV-DIO-Mettl14-mCherry与AAV-CaMKIIα-GCaMP6s（图S7A-B），光学记录显示METTL14过表达能增加该类神经元兴奋性，尤其在相关行为刺激下（图4I-J），且向该小鼠LPBN注射AAV-DIO-hM4Di-mCherry进行化学遗传学抑制后，可显著缓解METTL14过表达诱导的疼痛-抑郁共病（图4K-L），综上表明METTL14通过调控LPBN谷氨酸能神经元兴奋性在PDAC诱导的疼痛-抑郁共病中发挥关键作用。

图4 LPBN^Glu神经元中的METTL14调控神经元兴奋性并参与疼痛-抑郁共病

METTL14介导的m⁶A修饰通过ADM调控LPBN^Glu神经元中的共病

为探究METTL14介导的m⁶A修饰调控PDAC诱导神经适应的机制，研究通过甲基化RNA免疫沉淀测序（MeRIP-seq）分析，发现PDAC小鼠LPBN中存在广泛的m⁶A修饰且斑点印迹证实其整体水平显著升高（图5A-B）。富集分析发现，差异修饰基因富集于与神经元过度兴奋密切相关神经生物学过程，包括与突触组织、谷氨酸受体信号、钙信号通路、神经活性配体-受体相互作用相关等（图5C）。将活性调节基因ARG与差异表达基因及MeRIP-seq显著峰进行整合分析，筛选出关键重叠基因Adm（图5D），证实其在PDAC小鼠LPBN中mRNA和蛋白表达均显著升高且与METTL14空间分布高度重叠（图5E-F）。为验证ADM上调由m⁶A修饰介导，表观转录组分析显示PDAC小鼠Adm mRNA的CDS和3'UTR区域存在特异性m⁶A富集（图5G），且MeRIP-qPCR证实其甲基化水平升高（图5H）。荧光素酶报告实验进一步证明，METTL14过表达能特异性增强含野生型m⁶A位点的Adm 3'UTR活性，而该效应在突变位点载体中显著减弱（图5I-J）。功能评估显示，局部注射ADM受体拮抗剂ADM22-52可降低相关神经元c-Fos表达并逆转METTL14过表达诱导的共病行为（图5K-M），综上阐明了LPBN中METTL14-m⁶A-ADM轴在PDAC诱导疼痛-抑郁共病中的关键作用。

图5 LPBN^Glu神经元中，METTL14介导m⁶A修饰ADM驱动疼痛-抑郁共病

LPBN^Glu→PVT^Glu/LH^Glu环路调控PDAC诱导的疼痛-抑郁共病

为明确参与PDAC诱导疼痛-抑郁共病的LPBN^Glu神经元下游环路，研究向正常小鼠LPBN注射AAV-CaMKIIα-mCherry特异性标记该类神经元（图6A），在PVT、LH等多个脑区检测到阳性纤维且PDAC小鼠PVT和LH中c-Fos诱导最显著（图6B-C）；随后向LPBN注射顺行病毒AAV2/1-hSyn-Cre并向PVT或LH注射Cre依赖性AAV-DIO-EGFP（图6D），证实LPBN^Glu向PVT/LH存在直接兴奋性投射（图6E-F）。为评估环路功能，向PDAC小鼠LPBN双侧注射AAV2/1-CaMKIIα-Cre并向PVT或LH注射Cre依赖性AAV-DIO-hM4Di-EGFP，全身注射CNO沉默该投射可显著缓解共病症状（图6G-H）。采用光遗传学抑制策略（注射DIO-eNpHR-mCherry）后，黄色光刺激也能有效减轻相关共病行为（图6I-J）。综上证实LPBN^Glu→PVT^Glu/LH^Glu环路是PDAC诱导共病的关键介导者，具有作为治疗靶点的潜力。

图6 LPBN^Glu→PVT^Glu/LH^Glu环路调控PDAC诱导的疼痛-抑郁共病

SAM代谢异常参与PDAC诱导的疼痛-抑郁共病

S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为一碳代谢核心甲基供体及m⁶A甲基化直接底物（图7A），为探究其代谢是否参与PDAC进展与共病，癌症基因组图谱（TCGA）列队分析SAM通路基因；Kaplan-Meier生存分析发现腺苷高半胱氨酸酶（AHCY）和甲硫氨酸腺苷转移酶2B（MAT2B）（两种可增强SAM生成的关键酶）的高表达与PDAC患者不良预后及严重共病相关（图7B）；检测显示NRS疼痛评分>0的PDAC患者的循环SAM水平显著升高且与疼痛强度正相关（图7C-D），PDAC小鼠血浆SAM随肿瘤生长升高并于第8周达峰（图7E），且其水平与小鼠疼痛样、抑郁样行为严重程度强相关（图7F-G）。为评估SAM的功能作用，向PDAC小鼠LPBN注射SAM抑制剂环亮氨酸（图7H-I），可显著缓解小鼠的腹痛、弓背行为和抑郁样行为（图7J-K），证实SAM是神经-肿瘤交互关键驱动因素、LPBN是共病中枢枢纽。进一步将PDAC小鼠分为甲硫氨酸限制饮食（MRD，0.17%甲硫氨酸）组与对照饮食（CD，0.86%甲硫氨酸）组（图7L），发现MRD干预4周可降低小鼠肿瘤、血浆及LPBN中SAM水平（图7M），抑制肿瘤生长且不影响体重（图7N-O），干预2周缓解疼痛、3周减轻抑郁样行为且益处持续至第8周（图7P-Q），表明SAM代谢参与PDAC诱导的疼痛和抑郁，MRD对共病和肿瘤进展均有保护作用。

图7 S-腺苷甲硫氨酸（SAM）代谢异常参与PDAC诱导的疼痛-抑郁共病

总结

本研究聚焦PDAC诱导的疼痛-抑郁共病机制，首次揭示“肿瘤-代谢物-神经元”核心调控通路：PDAC通过神经-肿瘤双向交互及代谢重编程，导致患者与模型鼠循环S-腺苷甲硫氨酸（SAM）水平显著升高；同时肿瘤驱动LPBN^Glu中METTL14表达上调，二者协同增强ADM mRNA的m⁶A修饰并上调其表达，进而引发LPBN^Glu过度兴奋，激活LPBN^Glu→PVT^Glu/LH^Glu神经环路，最终促成共病。靶向抑制METTL14、ADM或该神经环路，或通过甲硫氨酸限制饮食降低SAM水平，均能同步缓解共病症状并抑制肿瘤进展。临床数据进一步验证，循环SAM可作为共病状态的潜在生物标志物，而甲硫氨酸限制饮食因易实施、副作用少，为PDAC诱导共病的临床治疗提供了新方向。

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