STBD1介导糖原与脂滴相互作用促进肾透明细胞癌进展的机制研究

《Cell Reports》：STBD1 mediates the crosstalk between glycogen and lipid droplets in clear cell renal cell carcinoma

本研究针对肾透明细胞癌(ccRCC)中糖原和脂滴(LD)异常积累但相互作用机制不清的问题，通过蛋白质组学和邻近标记技术发现STBD1通过N端豆蔻酰化锚定脂滴并介导糖原-脂滴互作，调控糖噬(glycophagy)和脂噬(lipophagy)协同维持脂滴稳态，其缺失可增强铁死亡(ferroptosis)敏感性并抑制肿瘤生长，为ccRCC提供了潜在治疗靶点。

　　

肾透明细胞癌(ccRCC)是肾脏癌中最常见且最具侵袭性的亚型，其最典型的病理特征就是癌细胞质内大量堆积的糖原(glycogen)和脂质，后者主要以脂滴(lipid droplets, LDs)的形式储存。尽管这种独特的代谢表型在一个多世纪前就被发现，但驱动其形成的分子机制，尤其是糖原和脂滴这两种能量储存细胞器之间是否存在功能上的“对话”，长期以来一直是个谜。理解这种“对话”对于揭示ccRCC的发病机制和开发新的治疗策略至关重要。以往的研究多集中于VHL-HIF信号轴在驱动脂质沉积中的作用，而对糖原积累的生物学意义及其与脂滴代谢的关联关注较少。近期有研究提示，在棕色脂肪细胞中，糖原的分解可能为脂滴的生成提供原料，但这背后的具体分子桥梁在癌症中仍是空白。

为了回答这些关键问题，来自郑州大学附属肿瘤医院、天津大学等机构的研究团队在《Cell Reports》上发表了他们的最新研究成果。他们发现，一个名为STBD1（淀粉结合域蛋白1）的糖原结合蛋白，意外地出现在脂滴上，并像一座“分子桥梁”一样，介导了糖原与脂滴的相互作用，进而协同调控两者的生成与降解，最终影响ccRCC的肿瘤生长和对铁死亡的敏感性。这项研究不仅揭示了ccRCC代谢异常的一个核心机制，也为靶向代谢通路治疗癌症提供了新的思路。

研究人员主要运用了以下几项关键技术：首先，他们对50例ccRCC肿瘤组织和18例正常肾组织进行了液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)蛋白质组学分析，系统描绘了ccRCC的代谢重编程图谱。其次，他们利用基于TurboID的邻近标记技术，在活细胞中对脂滴表面的蛋白质组（即脂滴蛋白组）进行了高通量鉴定。此外，研究还结合了细胞生物学手段（如基因敲低、过表达、免疫荧光共定位）、脂质组学分析、以及体内外的功能实验（如细胞增殖、侵袭、小鼠异种移植瘤模型）来深入探究STBD1的功能。

研究结果

ccRCC肿瘤的蛋白质组景观揭示糖原和脂滴代谢的重编程

通过对临床样本的蛋白质组学分析，研究人员发现ccRCC肿瘤组织与正常肾组织之间存在显著的蛋白表达差异。上调的蛋白显著富集于糖酵解、糖原代谢和脂滴相关通路。关键蛋白如糖原合成酶(GYS1)、糖原磷酸化酶(PYGL)、脂滴包被蛋白PLIN2等均显著上调。尤为重要的是，与糖噬（如STBD1, SQSTM1）和脂噬（如LIPA）相关的蛋白也同步升高，提示这两种选择性自噬过程在ccRCC中被共同激活。这为研究糖原与脂滴的交叉对话提供了初步线索。

通过邻近标记技术刻画ccRCC细胞中的脂滴蛋白组

为了更精确地鉴定与脂滴直接相关的蛋白质，研究团队在ccRCC细胞系中表达了靶向脂滴的HILPDA-TurboID融合蛋白，通过生物素标记和亲和纯质谱，成功绘制了ccRCC细胞的脂滴蛋白组。他们鉴定出420个候选的脂滴相关蛋白，其中不仅包含了已知的脂滴蛋白（如PLIN2, PLIN3, PNPLA2等），还发现了许多新的潜在成员。令人意外的是，糖原结合蛋白STBD1被显著富集在脂滴蛋白组中，暗示了其可能同时与糖原和脂滴存在关联。

STBD1介导脂滴与糖原的相互作用

免疫荧光染色证实了STBD1在多种ccRCC细胞系中与脂滴共定位。利用荧光标记的葡萄糖类似物(2-NBDG)标记糖原，研究人员首次在活细胞中直观观察到糖原簇与脂滴的紧密相邻。在ccRCC组织切片中，也观察到了STBD1、脂滴和糖原的富集及共定位现象。机制探索表明，STBD1通过其N端的豆蔻酰化(myristoylation)修饰锚定到脂滴膜上。当抑制豆蔻酰化或敲低STBD1后，糖原与脂滴的相互作用被破坏。这些结果证明STBD1是连接糖原和脂滴的关键分子。

STBD1调控脂滴的生物合成

敲低STBD1导致ccRCC细胞中脂滴数量减少、平均尺寸增大，同时伴随脂滴标志物PLIN2和HILPDA的下调。活细胞成像显示，STBD1缺失导致脂滴与内质网(ER)的关联减少，提示脂滴生成受损。生化检测发现，STBD1敲低细胞内甘油三酯(TG)和总胆固醇(TC)水平下降，而糖原出现积累。相反，过表达STBD1则增加了脂滴的丰度以及TG和TC水平。这表明STBD1对于ccRCC中的脂滴生物合成至关重要。

STBD1协同调控脂噬和糖噬

STBD1是已知的糖噬受体。本研究发现，敲低STBD1不仅影响糖噬，还损害了脂滴与溶酶体的共定位，减少了被LC3阳性自噬体包裹的脂滴比例，并降低了游离脂肪酸(FFA)水平，说明脂噬过程也受到抑制。进一步机制研究表明，STBD1通过其LC3相互作用区(LIR)基序与ATG8家族蛋白（如GABARAPL1）结合，从而促进脂滴被招募至自噬通路。当引入LIR基序突变体(STBD1-W203Q)时，其无法恢复STBD1敲低细胞中脂滴与自噬体/溶酶体的关联。更重要的是，活细胞三色标记显示，糖原、脂滴和溶酶体在ccRCC细胞中存在稳定的三元共定位，而这种协同作用依赖于STBD1。这表明STBD1协调了糖原和脂滴的协同自噬降解。

定量蛋白质组学和脂质组学提示STBD1在自噬和脂质代谢中的作用

对STBD1敲低细胞进行的定量蛋白质组学分析显示，大量与自噬（如LC3A, OPTN, SQSTM1, ATG2B）和脂质代谢（如SCD, FADS1, ANGPTL4）相关的蛋白表达下调。脂质组学分析进一步揭示，STBD1敲低导致多种脂类，特别是甘油三酯合成的前体（如单酰甘油、二酰甘油）含量下降，而含多不饱和脂肪酸(PUFA)的磷脂（如磷脂酰胆碱PC）水平相对上升。这些分子层面的变化为理解STBD1如何影响细胞脂质稳态提供了数据支持。

STBD1敲低增强铁死亡敏感性并抑制肿瘤生长

脂滴在抵抗氧化应激和铁死亡中发挥重要作用。鉴于STBD1敲低导致脂滴减少和PUFA磷脂积累，研究人员推测其可能增加细胞对铁死亡的敏感性。实验证实，STBD1敲低细胞对铁死亡诱导剂RSL3的处理更为敏感，表现出更强的脂质过氧化和细胞死亡。此外，STBD1敲低还损害了细胞ATP生成、增殖和侵袭能力。在动物实验中，STBD1敲低显著抑制了小鼠异种移植瘤的生长，并且对RSL3处理表现出更强的抑制效果。重新引入野生型STBD1(STBD1-WT)能部分挽救这些表型，而豆蔻酰化缺陷突变体(STBD1-G2A)则不能，证明了STBD1的脂滴定位对其功能至关重要。

研究结论与意义

本研究通过多组学整合分析，揭示了STBD1是ccRCC中连接糖原代谢与脂滴稳态的核心分子。其工作机制可以概括为：STBD1通过N端豆蔻酰化锚定于脂滴，同时利用其糖原结合能力，将糖原“拉近”脂滴，从而介导了两种细胞器之间的物理和功能联系。一方面，STBD1促进由糖原分解支持的脂滴生物合成；另一方面，它又通过其LIR基序招募自噬 machinery，协同调控糖噬和脂噬，完成脂滴的降解与更新。这种精细的调控确保了ccRCC细胞在能量应激下的脂滴动态平衡。破坏这一平衡（如敲低STBD1）会导致脂滴代谢紊乱，脂质组成改变，从而增加对铁死亡的敏感性，并最终抑制肿瘤生长。

该研究的重大意义在于：首先，它首次在分子水平阐明了ccRCC特征性病理改变——糖原和脂滴共积——背后的内在联系，将以往认为相对独立的两个代谢过程有机地联系起来。其次，它发现并验证了STBD1这一之前主要与糖原代谢相关的蛋白，在脂滴生物学和肿瘤进展中的全新功能，拓展了对其认知。最后，研究结果表明，靶向STBD1或其介导的糖原-脂滴轴，可能成为治疗ccRCC的新策略，特别是与诱导铁死亡的疗法联用，有望产生协同抗肿瘤效果。总之，这项研究为理解癌症代谢提供了新颖的视角，并为开发新的治疗途径奠定了坚实的理论基础。