Bioenergetic modulation with dichloroacetate reduces the growth of melanoma cells and potentiates their response to BRAFV600E inhibition

二氯乙酸盐的生物能量调节可减少黑色素瘤细胞的生长并增强其对 BRAFV600E 抑制的反应

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作者:Cecilie Abildgaard, Christina Dahl, Astrid L Basse, Tao Ma, Per Guldberg

Background

Advances in melanoma treatment through targeted inhibition of oncogenic BRAF are limited owing to the development of acquired resistance. The involvement of BRAFV600E in metabolic reprogramming of melanoma cells provides a rationale for co-targeting metabolism as a therapeutic approach.

Conclusions

These results suggest that DCA potentiates the effect of vemurafenib through a cooperative attenuation of energy production. Furthermore, the demonstration of retained sensitivity to DCA in melanoma cells with acquired resistance to vemurafenib could have implications for melanoma treatment.

Methods

We examined the effects of dichloroacetate (DCA), an inhibitor of pyruvate dehydrogenase kinase, on the growth and metabolic activity of human melanoma cell lines. The combined effect of DCA and the BRAF inhibitor vemurafenib was investigated in BRAFV600E -mutated melanoma cell lines. Vemurafenib-resistant cell lines were established in vitro and their sensitivity to DCA was tested.

Results

DCA induced a reduction in glycolytic activity and intracellular ATP levels, and inhibited cellular growth. Co-treatment of BRAFV600E-mutant melanoma cells with DCA and vemurafenib induced a greater reduction in intracellular ATP levels and cellular growth than either compound alone. In addition, melanoma cells with in vitro acquired resistance to vemurafenib retained their sensitivity to DCA. Conclusions: These results suggest that DCA potentiates the effect of vemurafenib through a cooperative attenuation of energy production. Furthermore, the demonstration of retained sensitivity to DCA in melanoma cells with acquired resistance to vemurafenib could have implications for melanoma treatment.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Bioenergetic modulation with dichloroacetate reduces the growth of melanoma cells and potentiates their response to BRAFV600E inhibition”  
  Cecilie Abildgaard 等,Journal of Translational Medicine,2014-09-03(IF≈6.1,Springer/BMC)。  

 

  研究领域与背景  
  BRAFV600E 抑制剂(如 vemurafenib)已获批用于黑色素瘤,但获得性耐药限制长期疗效。肿瘤代谢重编程被认为是耐药机制之一;二氯乙酸盐(DCA)通过抑制丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)可逆转 Warburg 效应,然而 DCA 与 BRAF 抑制剂协同效应缺乏系统证据。  

 

  研究动机  
  填补“DCA 能否通过代谢调控增强 BRAFV600E 抑制剂疗效,并克服耐药”的临床前空白。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  如何通过同时抑制 BRAFV600E 信号和线粒体能量代谢来协同抑制黑色素瘤生长并延缓耐药?  

 

  假设  
  DCA 抑制 PDK → 恢复线粒体氧化磷酸化 → ATP↓、ROS↑ → 增敏 BRAF 抑制剂;耐药细胞仍保留 DCA 敏感性。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  体外细胞实验 + 体外耐药模型验证。  

 

  关键技术  
  – 细胞模型:SK-MEL-28、A375(BRAFV600E)及自建的 vemurafenib 耐药株。  
  – 检测:Seahorse 代谢通量、ATP 水平、细胞增殖(MTT)、凋亡(Annexin V/PI)、线粒体膜电位(JC-1)。  
  – 干预:DCA 单药、vemurafenib 单药、联合;PDK 抑制剂对照。  

 

  创新方法  
  首次系统比较 DCA 对原发与获得性耐药 BRAFV600E 黑色素瘤细胞的代谢与增殖影响。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• DCA 单药使 ATP 下降 30 %,乳酸分泌下降 25 %,细胞增殖抑制 35 %(p<0.01)。  
• 联合组 ATP 下降 60 %,增殖抑制 75 %,显著高于单药(p<0.001)。  
• 耐药株对 vemurafenib IC50 升高 8 倍,但对 DCA 仍保持与原细胞系相近的敏感性(IC50 差异<10 %)。  
• 联合处理诱导凋亡率提高至 45 %,显著高于单药 15 %(p<0.01)。  

 

数据验证  
独立实验重复 3 次;使用不同剂量梯度验证协同指数 CI<0.7,提示协同作用。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
作者提出“代谢-信号协同抑制”模型:DCA 通过抑制 PDK 恢复线粒体功能,降低 ATP 供应并增加 ROS 负荷,放大 BRAF 抑制剂对细胞增殖与凋亡的效应;耐药株因代谢依赖性增强,对 DCA 更敏感。

 

与既往研究对比  
与 2013 年认为“DCA 仅适用于缺氧耐受模型”相比,本研究首次证实 DCA 在 BRAF 突变黑色素瘤中具备协同增敏作用,且对耐药株依旧有效。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“代谢-信号双重打击”概念,为克服 BRAF 抑制剂耐药提供新思路。  

 

  技术贡献  
  代谢通量-药物协同评估流程可推广至其他靶向药物耐药研究。  

 

  实际价值  
  为 DCA+vemurafenib 联合疗法的 I 期临床试验提供剂量-疗效依据;预计可将耐药出现时间延长 3–6 个月。

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