脂质是人体重要营养素之一，是细胞膜的重要组成成分，发挥着能量储存和供应、信号传导、物质运输和调节等重要生理功能。脂质的功能多样性来源于其组成及结构的多样性，如极性头基组成、非极性脂肪酸链组成及其sn位置、碳碳双键（C=C）位置及其顺反异构等。近年来，不少研究在脂质结构解析方面开展了卓有成效的探索，并在多种疾病样本中发现了脂质组成的变化，如在癌症样本中发现脂质C=C位置异构体组成与正常样本显著不同，提示其作为疾病标志物的可能性。然而，疾病条件下脂质C=C位置异构体等组成改变的生物化学机制尚不明确。
该研究利用深度结构脂质组学技术（In-depth Structural Lipidomics）[1-5]，通过对关键脂质代谢酶（脂质脱氢酶SCD1等）的生物活性调节，详细分析了乳腺癌不同亚型细胞系中不饱和脂质，特别是不饱和脂质C=C位置异构体的组成变化，揭示了脂质脱氢与脂质氧化对脂质代谢重塑的协同效应，以及脂质氧化与乳腺癌细胞侵袭性之间的潜在关联。
2019年Nature发文报道称，癌细胞为增加自身代谢可塑性，可特异性激活FADS2通路作为SCD1脂质脱氢的补偿路径，会产生特殊的n-10脂质C=C位置异构体[6]。本项研究中，首先对这一现象进行验证，使用SCD1小分子抑制剂CAY10566抑制脂质脱氢活性，利用在线Paternò-Büchi衍生化反应耦合液质联用技术（LC-PB-MS/MS），发现了n-10位脂质C=C位置异构体含量的升高，说明SCD1抑制可重塑脂质C=C异构体组成。这一现象在不同乳腺癌细胞中均被证实。在研究的多种亚型乳腺癌细胞中，BT-474细胞中的FADS2表达最高，且n-10脂质C=C位置异构体含量也最高，在SCD1抑制后n-10脂质C=C位置异构体相对含量的升高也最明显（图1）。
图1 SCD1抑制导致n-10脂质C=C位置异构体相对含量上升
（图源：Cheng, et al., Research, 2023）
接下来，系统分析了不同亚型乳腺癌细胞中C18:1脂质中n-9位异构体与n-7位异构体的相对含量，这是以往研究最为关注的一项指标。结果显示，该指标在不同亚型癌细胞变化不一。其中，在MCF-7细胞系、MDA-MB-468细胞系和BT-474细胞系中，大多数含C18:1酰基链的脂质的n-9/n-7异构体比值呈上升趋势。然而，SK-BR-3细胞系和MDA-MB-231细胞系的变化与预期不符。对于SK-BR-3细胞，大多数单不饱和脂质中n-9/n-7异构体比值上升，而多不饱和脂质中n-9/n-7异构体比值下降；对于MDA-MB-231细胞，除少数脂质如PE 18:1_18:2和PE 18:1_19:0外，大部分脂质中n-9/n-7异构体均下降。基于上述结果，根据除C18:1外另一条脂肪酰基的组成，将各亚型细胞系中被分析脂质分为四组，包括含奇数碳数脂肪酰基磷脂、含饱和脂肪酰基磷脂、含单不饱和脂肪酰基磷脂和含多不饱和脂肪酰基磷脂。不过，在同一亚型细胞系中，每组内磷脂的n-9/n-7异构体组成变化趋势是一致的。本研究也分析了细胞中游离脂肪酸FA 18:1 C=C位置异构体组成，同样发现不同亚型乳腺癌细胞系对SCD1抑制具有不同响应（图2）。
图2 SCD1抑制对不同人类乳腺癌细胞系亚型中C18:1脂质n-9/n-7异构体比值的影响
（图源：Cheng, et al., Research, 2023）
根据已有的脂质代谢通路，C18:0可经SCD1脱氢产生C18:1 n-9，再经脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，FAO）产生C16:1 n-9。考虑到FAO也可重塑脂质异构体组成，本研究以PC 16:0_16:1为研究对象，研究SCD1和FAO两者活性同时变化时，脂质异构体组成的变化规律。结果表明，单纯SCD1抑制会增加PC 16:0_16:1中n-9/n-7异构体比值。对比而言，MDA-MB-231和SK-BR-3细胞中FAO活性很高，对FAO（限速酶CPT1）的抑制结果表明同时抑制CPT1和SCD1可提高C18:1中n-9/n-7异构体比例，从而得到与仅抑制SCD1时MCF-7、MDA-MB-468和BT-474细胞系中异构体比例相一致的变化。上述实验表明，不同亚型人乳腺癌细胞中的脂质代谢重塑受到多个脂质代谢酶（包括脂质脱氢和脂质氧化）的共同调控（图3）。
图3 脂质氧化过程对脂质C=C位置异构体组成的影响
（图源：Cheng, et al., Research, 2023）
本研究还探索了脂质C=C位置异构体组成与癌细胞侵袭性的关系，发现癌细胞中高C16:1 n-9/n-7比值对应其高侵袭性。现有研究表明，FAO是细胞供能和提供合成原料的重要途径，并能通过促进上皮-间充质转化和改变细胞微环境，提高癌细胞侵袭性。本文提出利用深度脂质组学技术解析含C16:1磷脂C=C位置异构体组成，通过结构脂质组分析研究脂质氧化活性，并开展脂质组成与癌细胞侵袭性的关联研究（图4）。
图4 结构脂质组学技术推动脂质组成与癌细胞侵袭性的关联研究
（图源：Cheng, et al., Research, 2023）
