MKRN1通过K11/K29泛素化降解AGC1调控线粒体代谢重编程诱导结直肠癌奥沙利铂耐药的机制研究

本研究针对结直肠癌(CRC)奥沙利铂(Oxa)耐药这一临床难题，通过CRISPR/Cas9全基因组筛选发现E3泛素连接酶MKRN1是关键耐药基因。研究人员揭示MKRN1通过K11/K29连接的多聚泛素化降解线粒体载体蛋白AGC1(SLC25A12)，导致热休克蛋白HSPD1/HSP90AA1上调及氧化应激减弱，最终通过代谢重编程（糖酵解增强/氧化磷酸化抑制）促进耐药。该研究不仅阐明MKRN1-AGC1轴调控CRC耐药的分子机制，还通过虚拟筛选发现靶向抑制剂Rabdosin，为克服化疗耐药提供新策略。

　　

结直肠癌作为全球第四大高发恶性肿瘤，其治疗面临的核心挑战是化疗耐药。奥沙利铂作为FOLFOX等标准方案的关键组分，在临床应用中常因耐药导致治疗失败，但耐药机制尚未完全阐明。近年来，蛋白质泛素化修饰与肿瘤代谢重编程的关联成为研究热点，然而E3泛素连接酶如何通过调控线粒体功能影响化疗敏感性的机制仍属空白。

山东第一医科大学附属肿瘤医院（山东省肿瘤医院）的研究团队在《Molecular Medicine》发表重要成果。研究人员首先利用靶向1,117个泛素化相关基因的CRISPR/Cas9 sgRNA文库进行全基因组筛选，发现E3泛素连接酶MKRN1是CRC细胞对奥沙利铂耐药的关键调控因子。临床分析显示，MKRN1在复发CRC组织中高表达，且与患者不良预后显著相关。机制研究发现，MKRN1通过K11和K29连接的多聚泛素化修饰降解线粒体天冬氨酸/谷氨酸载体蛋白AGC1（Aspartate/Glutamate Carrier 1，SLC25A12），这种降解导致线粒体能量代谢紊乱——表现为氧耗率(OCR)下降、糖酵解速率(ECAR)升高的"瓦氏效应"特征。代谢组学分析进一步揭示，AGC1缺失会提高GSH/GSSG比值并降低NADP+/NADPH比值，增强细胞抗氧化应激能力。转录组测序发现该过程伴随热休克蛋白HSPD1和HSP90AA1的显著上调，共同构成耐药保护屏障。研究团队还通过虚拟筛选从50,000种化合物中鉴定出MKRN1特异性抑制剂Rabdosin，其与奥沙利铂联用可显著抑制耐药CRC的体内外生长。

关键技术方法包括：1）基于CRISPR/Cas9的泛素化基因文库筛选；2）临床样本队列分析（含9对新诊断/复发CRC配对组织）；3）蛋白质互作质谱与K11/K29特异性泛素化验证；4）Seahorse线粒体压力测试；5）虚拟药物筛选与体内药效评估。

主要研究结果：
MKRN1是奥沙利铂耐药的关键调控因子
全基因组筛选发现MKRN1在耐药细胞中显著富集。临床数据显示MKRN1高表达患者中位生存期缩短40%（P<0.01），且复发组织MKRN1蛋白水平较初治组织升高3.2倍（P<0.001）。

MKRN1-AGC1轴调控线粒体代谢重编程
免疫共沉淀证实MKRN1直接结合AGC1并促进其降解。敲除MKRN1使CRC细胞对奥沙利铂IC₅₀降低6.8倍（P<0.001），而过表达AGC1可逆转耐药表型。代谢分析显示AGC1缺失导致ATP产量下降58%（P<0.01），糖酵解能力提升2.3倍（P<0.05）。

K11/K29泛素化是AGC1降解的关键机制
质谱分析鉴定出AGC1的K209和K342为关键泛素化位点。使用K11/K29阳性突变型泛素可使AGC1半衰期缩短至2.1小时（野生型为8.7小时）。

Rabdosin通过抑制MKRN1克服耐药
分子对接显示Rabdosin与MKRN1的VAL341和TYR388形成氢键。动物实验中，Rabdosin（1 mg/kg）与奥沙利铂联用使肿瘤体积缩小72%（P<0.001），显著优于单药组。

该研究首次阐明MKRN1-AGC1轴通过"泛素化-代谢重编程-氧化应激调控"三位一体的机制驱动CRC化疗耐药。创新性体现在：1）发现K11/K29连接的特异性泛素化修饰在耐药中的新作用；2）揭示线粒体载体蛋白AGC1的肿瘤抑制功能；3）提供可临床转化的MKRN1靶向抑制剂。这些发现为CRC个体化治疗提供了新的生物标志物和联合治疗策略，对解决实体瘤化疗耐药这一共性难题具有重要参考价值。