非经典二氢硫辛酰胺转乙酰酶通过线粒体四氢叶酸信号通路介导化疗耐药性的机制研究

本研究针对化疗耐药性这一临床难题，发现线粒体二氢硫辛酰胺转乙酰酶（DLAT）通过非PDC依赖途径乙酰化甲基四氢叶酸脱氢酶2（MTHFD2）的K44位点，激活10-甲酰基-THF代谢通路并诱导MT-CO2表达，从而清除化疗药物引发的线粒体ROS。研究人员开发了靶向DLAT-MTHFD2相互作用的穿膜肽DMp39，在多种患者来源移植瘤模型中显著增强顺铂疗效，为逆转化疗耐药提供了新策略。

　　

癌症化疗长期以来是肿瘤治疗的主要手段，但耐药性的出现往往导致治疗失败。顺铂等化疗药物通过引起DNA损伤和氧化应激来杀伤肿瘤细胞，然而肿瘤细胞通过多种机制发展出耐药性，包括代谢重编程和表观遗传调控。其中，蛋白质乙酰化修饰作为重要的翻译后修饰，在调控细胞代谢和应激应答中起关键作用，但其在化疗耐药中的具体机制尚未明确。

为系统探索乙酰化修饰在化疗耐药中的作用，研究人员通过乙酰化组学RNA干扰筛选，发现二氢硫辛酰胺转乙酰酶（DLAT）——传统认知中丙酮酸脱氢酶复合体（PDC）的E2组分——在顺铂耐药中起关键作用。令人惊讶的是，DLAT促进耐药的功能独立于其经典的PDC功能，而是通过乙酰化甲基四氢叶酸脱氢酶2（MTHFD2）的第44位赖氨酸，激活叶酸代谢通路，产生10-甲酰基-THF（10-formyl-THF），进而诱导线粒体编码的细胞色素c氧化酶II（MT-CO2）表达，增强线粒体抗氧化能力。这一发现揭示了代谢酶的非经典功能与表观修饰的交叉对话在化疗耐药中的核心作用。

研究团队运用多组学技术结合功能验证，首先通过定制化乙酰化组shRNA文库筛选出74个乙酰化相关基因中DLAT和KAT2A是共同耐药驱动因子。临床数据分析显示，在头颈鳞癌（HNSCC）和非小细胞肺癌（NSCLC）患者中，DLAT高表达与化疗及 chemoimmunotherapy 耐药显著相关。机制上，DLAT以酶活性依赖的方式乙酰化MTHFD2，该过程不依赖于PDC其他组分（E1/E3），且不受铜离子载体elesclomol调控。乙酰化激活的MTHFD2促进10-甲酰基-THF生成，而非甲酸盐，后者通过增强线粒体RNA聚合酶（POLRMT）介导的转录上调MT-CO2，进而清除顺铂诱导的线粒体ROS，维持抗凋亡蛋白Bcl-xL表达。值得注意的是，靶向DLAT-MTHFD2相互作用的穿膜肽DMp39能特异性阻断MTHFD2 K44乙酰化，在多种癌症模型（包括肺癌PDX）中有效逆转顺铂耐药。

主要技术方法包括：乙酰化组shRNA筛选、免疫共沉淀-质谱联用（Co-IP/MS）鉴定DLAT互作蛋白、体外乙酰化 assay、靶向代谢组学（LC-MS）检测10-甲酰基-THF、患者肿瘤组织免疫组化（IHC）分析（样本来源于HNSCC和NSCLC化疗患者队列）、穿膜肽DMp39的体内外药效学评价。

Acetyltransferase DLAT confers cisplatin resistance in human cancers

通过定制化乙酰化组shRNA筛选，在顺铂耐药细胞系（A549cisR、KB-3-1cisR）中鉴定出DLAT缺失显著增强顺铂敏感性。体内实验证明DLAT敲减联合低剂量顺铂显著抑制移植瘤生长，且不影响PDC活性或组分组装。

Cisplatin-resistant cancer survival requires DLAT activity that is independent of PDC

酶活性缺失突变体（ΔB）无法挽救DLAT敲减导致的耐药性丧失，而PDC抑制剂二氯乙酸（DCA）或E1/E3敲减不影响顺铂敏感性，证实DLAT功能独立于PDC。

DLAT controls mitochondrial ROS produced by chemotherapy agents

DLAT缺失不影响顺铂-DNA加合物形成，但显著升高线粒体ROS、降低NADPH和GSH/GSSG比值。线粒体靶向抗氧化剂（mito-TEMPO）可逆转凋亡，且DLAT缺失广泛增强多种化疗药物（卡铂、吉西他滨等）的ROS累积。

DLAT binds to, acetylates, and activates MTHFD2 to provide cisplatin resistance

Co-IP/MS鉴定出DLAT与MTHFD2、POLRMT等线粒体蛋白相互作用。体外乙酰化实验证明DLAT直接乙酰化MTHFD2 K44位点，K44R突变体丧失酶活性，而K44Q模拟乙酰化可逆转DLAT缺失导致的ROS累积和凋亡。

DLAT-MTHFD2 contributes to cisplatin resistance through 10-formyl-THF

补充10-甲酰基-THF可挽救DLAT或MTHFD2 K44R缺失导致的耐药性丧失，并恢复MT-CO2表达。过表达MT-CO2部分逆转DLAT缺失表型，且POLRMT介导10-甲酰基-THF对MT-CO2的转录调控。

DLAT-MTHFD2 signaling axis correlates with chemotherapy-resistant cancer progression in patients

HNSCC和NSCLC患者耐药组肿瘤中DLAT、乙酰化MTHFD2（K44）和MT-CO2表达显著升高，且治疗后耐药组升高更明显，提示DLAT信号在获得性耐药中的作用。

Identification of a decoy peptide DMp39 as a DLAT-MTHFD2 inhibitor

基于MTHFD2 K44α螺旋设计的穿膜肽DMp39特异性抑制MTHFD2乙酰化，降低10-甲酰基-THF水平。在移植瘤和PDX模型中，DMp39联合顺铂显著抑制肿瘤生长，且无显著器官毒性。

本研究首次揭示DLAT通过非经典功能乙酰化MTHFD2，驱动叶酸代谢重编程和线粒体抗氧化通路，从而介导化疗耐药。临床数据证实该通路在化疗耐药患者中激活，而靶向该通路的穿膜肽DMp39展现出良好的转化应用前景。该研究不仅深化了对代谢酶表观调控的认识，也为逆转化疗耐药提供了精准靶向策略。