KRASG12D/G13D-USP15轴通过促进TGF-β/SMAD信号通路和糖酵解过程，加速了非小细胞肺癌（NSCLC）的发病机制

《Lung Cancer》：KRASG12D/G13D-USP15 axis promotes TGF-β/SMAD signaling and glycolytic flux to accelerate NSCLC pathogenesis

KRAS突变型非小细胞肺癌中USP15通过激活TGF-β/SMAD通路调控代谢重编程和肿瘤进展，抑制USP15可能成为新型治疗策略。

　　肺癌仍然是全球最致命的恶性肿瘤之一，每年导致约180万例死亡，占所有癌症相关死亡的近五分之一。在肺癌的组织学亚型中，非小细胞肺癌（NSCLC）占据了约85%的诊断病例。尽管在分子诊断和靶向治疗方面取得了显著进展，NSCLC患者的预后仍属于所有癌症中最差的类别。即使最新的研究发现了多个可操作的分子靶点，许多NSCLC患者在确诊后五年内仍面临肿瘤复发或转移的风险，五年总体生存率仍然令人沮丧地低，仅为18.2%。因此，识别新的预后生物标志物，并深入理解NSCLC进展的分子机制，对于提高临床诊断水平和开发更有效的治疗策略至关重要。

大约四分之一的肺腺癌患者携带激活型KRAS原癌基因的突变，这些突变是肿瘤发生的关键驱动力之一。KRAS蛋白在正常情况下通过结合GTP或GDP进行信号传递，但在突变状态下，其GTP酶活性受损，导致下游信号通路的持续激活，并引发广泛的代谢重编程。尽管KRAS突变已被广泛认为是“不可成药”的，因为其具有高亲和力的GTP/GDP结合能力以及缺乏可接近的变构位点，但近年来的突破性进展表明，针对KRAS突变的药物正在逐步取得进展。例如，KRAS G12C突变的抑制剂如sotorasib和adagrasib已被开发并应用于临床，这些药物在KRAS G12C突变的结直肠癌（CRC）中显示出约40%的响应率。然而，在NSCLC中，这些药物的临床效果仍显有限。KRAS G12C突变仅占NSCLC病例的大约10-13%，且单药治疗的响应率约为13.2%。相比之下，更为常见的KRAS突变，如KRAS G12D和KRAS G13D，目前仍缺乏有效的治疗方案。这一现状凸显了在这些耐药突变中识别新的下游效应物和代谢弱点的紧迫性，因为这些弱点可能成为可行的治疗靶点。

代谢重编程已被广泛认为是癌症的一个标志性特征。在NSCLC中，代谢基因如GLUT1（与糖酵解相关）和HIF-1α（同样参与糖酵解）的失调已被与肿瘤进展和不良预后联系起来。此外，IDH1（参与三羧酸循环的关键蛋白）和ZEB1（调控脂质代谢的因子）的异常表达也与NSCLC的不良预后相关。最近的研究表明，KRAS突变会改变NSCLC中的多种代谢通路，包括糖酵解、三羧酸循环和脂质代谢，从而增强肿瘤细胞的生长和存活能力。鉴于代谢干预在治疗中的新兴重要性，识别由致癌性KRAS信号调控的关键代谢调节因子可能为NSCLC的治疗开辟新的途径。

通过整合生物信息学分析，我们发现泛素特异性蛋白酶15（USP15）是一个与KRAS信号和NSCLC预后密切相关的重要代谢调节因子。USP15是一种去泛素化酶（DUB），它调控多种细胞过程，包括蛋白稳定性、信号转导和DNA损伤反应，并已被涉及在关键的细胞和致癌性过程中。然而，其在KRAS突变NSCLC中的作用和机制仍知之甚少。本研究通过一系列实验手段，揭示了USP15在KRAS G12D和KRAS G13D突变的NSCLC中的关键作用。USP15不仅通过调控TGF-β/SMAD信号通路，影响SMAD2/3的磷酸化和SMAD4的稳定性，从而促进TGF-β/SMAD信号通路的持续激活，还通过增强糖酵解代谢，提升肿瘤细胞的代谢适应能力，最终推动肿瘤的进展。

我们的研究发现，USP15的表达在KRAS突变的NSCLC组织和细胞系中显著上调，并且其表达受到MEK/ERK信号通路的转录调控。通过敲低USP15，我们观察到NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性显著受到抑制，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。多组学分析进一步揭示了USP15在肿瘤进展中的作用机制，即它通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响肿瘤细胞的代谢重编程。具体而言，USP15通过去泛素化作用稳定SMAD4，同时促进SMAD2/3的磷酸化，从而维持TGF-β/SMAD信号通路的激活状态。此外，USP15还增强了糖酵解的代谢通量，表现为细胞外酸化率的增加和糖酵解相关基因表达的上调，最终推动KRAS突变NSCLC的代谢适应和肿瘤进展。

USP15在KRAS驱动的NSCLC中的作用不仅限于信号调控，还与肿瘤细胞的代谢适应密切相关。糖酵解是肿瘤细胞在缺氧或营养匮乏条件下维持能量供应的重要途径，而USP15的增强作用可能为肿瘤细胞提供了额外的代谢支持，使其能够更有效地应对环境压力。此外，USP15通过调控SMAD2/3和SMAD4的信号通路，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

在实验设计方面，我们采用了多种方法来评估USP15在KRAS突变NSCLC中的作用。首先，我们进行了全面的生物信息学分析，以识别与NSCLC预后显著相关的代谢基因。接着，我们分析了USP15在KRAS突变NSCLC组织和细胞系中的表达情况。随后，我们通过CCK-8、EdU掺入、划痕愈合实验和皮下异种移植肿瘤模型，评估了USP15在体外和体内的致癌作用。此外，我们还整合了qPCR、Western blotting、ELISA、免疫荧光和Seahorse代谢通量分析等技术，与转录组和代谢组分析相结合，以全面揭示USP15在KRAS突变NSCLC中调控肿瘤代谢和生长的具体机制。

在实验结果中，我们发现USP15的表达在KRAS突变的NSCLC组织和细胞系中显著上调，并且其表达受到MEK/ERK信号通路的调控。通过敲低USP15，我们观察到NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性受到显著抑制，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。这些结果表明，USP15在KRAS突变NSCLC的进展中起着关键作用。进一步的多组学分析揭示了USP15在肿瘤进展中的作用机制，即它通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程。具体而言，USP15通过去泛素化作用稳定SMAD4，同时促进SMAD2/3的磷酸化，从而维持TGF-β/SMAD信号通路的激活状态。此外，USP15还增强了糖酵解的代谢通量，表现为细胞外酸化率的增加和糖酵解相关基因表达的上调，最终推动KRAS突变NSCLC的代谢适应和肿瘤进展。

USP15在KRAS突变NSCLC中的作用机制不仅限于信号通路的调控，还涉及细胞代谢的重新编程。糖酵解是肿瘤细胞在缺氧或营养匮乏条件下维持能量供应的重要途径，而USP15的增强作用可能为肿瘤细胞提供了额外的代谢支持，使其能够更有效地应对环境压力。此外，USP15通过调控SMAD2/3和SMAD4的信号通路，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

在临床意义方面，USP15的表达与KRAS突变NSCLC的预后密切相关。我们的研究显示，USP15的表达水平在KRAS突变的NSCLC组织中显著高于正常组织，这一现象可能与KRAS突变导致的代谢重编程有关。通过敲低USP15，我们观察到NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性受到显著抑制，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。这些结果表明，USP15在KRAS突变NSCLC的进展中起着关键作用，可能成为新的治疗靶点。此外，USP15通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

USP15在KRAS突变NSCLC中的作用不仅限于信号通路的调控，还涉及细胞代谢的重新编程。糖酵解是肿瘤细胞在缺氧或营养匮乏条件下维持能量供应的重要途径，而USP15的增强作用可能为肿瘤细胞提供了额外的代谢支持，使其能够更有效地应对环境压力。此外，USP15通过调控SMAD2/3和SMAD4的信号通路，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

在实验方法中，我们采用了多种技术手段来评估USP15在KRAS突变NSCLC中的作用。首先，我们进行了全面的生物信息学分析，以识别与NSCLC预后显著相关的代谢基因。接着，我们分析了USP15在KRAS突变NSCLC组织和细胞系中的表达情况。随后，我们通过CCK-8、EdU掺入、划痕愈合实验和皮下异种移植肿瘤模型，评估了USP15在体外和体内的致癌作用。此外，我们还整合了qPCR、Western blotting、ELISA、免疫荧光和Seahorse代谢通量分析等技术，与转录组和代谢组分析相结合，以全面揭示USP15在KRAS突变NSCLC中调控肿瘤代谢和生长的具体机制。

在实验结果中，我们发现USP15的表达在KRAS突变的NSCLC组织和细胞系中显著上调，并且其表达受到MEK/ERK信号通路的调控。通过敲低USP15，我们观察到NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性受到显著抑制，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。这些结果表明，USP15在KRAS突变NSCLC的进展中起着关键作用，可能成为新的治疗靶点。此外，USP15通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

在临床意义方面，USP15的表达与KRAS突变NSCLC的预后密切相关。我们的研究显示，USP15的表达水平在KRAS突变的NSCLC组织中显著高于正常组织，这一现象可能与KRAS突变导致的代谢重编程有关。通过敲低USP15，我们观察到NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性受到显著抑制，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。这些结果表明，USP15在KRAS突变NSCLC的进展中起着关键作用，可能成为新的治疗靶点。此外，USP15通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强大的生存优势和致瘤能力。

本研究还探讨了USP15在KRAS突变NSCLC中的作用机制。USP15通过去泛素化作用稳定SMAD4，同时促进SMAD2/3的磷酸化，从而维持TGF-β/SMAD信号通路的激活状态。这一调控轴不仅影响了细胞的信号转导，还增强了糖酵解的代谢通量，表现为细胞外酸化率的增加和糖酵解相关基因表达的上调。这些效应共同作用，推动了KRAS突变NSCLC的代谢适应和肿瘤进展。此外，USP15通过调控多种代谢相关基因，影响了肿瘤细胞的能量供应和生物合成需求，从而增强了肿瘤细胞的生存能力。

在研究方法中，我们采用了多种实验手段，包括体外和体内模型，以评估USP15在KRAS突变NSCLC中的作用。体外实验包括CCK-8、EdU掺入、划痕愈合实验和皮下异种移植肿瘤模型，这些实验用于评估USP15对肿瘤细胞增殖、迁移和致瘤性的影响。体内实验则通过小鼠模型进一步验证了USP15在肿瘤进展中的作用。此外，我们还整合了qPCR、Western blotting、ELISA、免疫荧光和Seahorse代谢通量分析等技术，以全面揭示USP15在KRAS突变NSCLC中调控肿瘤代谢和生长的具体机制。

通过这些实验，我们发现USP15的表达在KRAS突变的NSCLC组织和细胞系中显著上调，并且其表达受到MEK/ERK信号通路的调控。敲低USP15显著抑制了NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。多组学分析进一步揭示了USP15在肿瘤进展中的作用机制，即它通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

此外，USP15通过调控SMAD2/3和SMAD4的信号通路，影响了多种细胞过程。具体而言，USP15通过去泛素化作用稳定SMAD4，从而增强TGF-β/SMAD信号通路的激活状态。同时，USP15促进SMAD2/3的磷酸化，进一步推动TGF-β/SMAD信号通路的持续激活。这些效应共同作用，增强了肿瘤细胞的代谢适应能力，从而推动了KRAS突变NSCLC的进展。

在临床意义方面，USP15的表达与KRAS突变NSCLC的预后密切相关。我们的研究显示，USP15的表达水平在KRAS突变的NSCLC组织中显著高于正常组织，这一现象可能与KRAS突变导致的代谢重编程有关。通过敲低USP15，我们观察到NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性受到显著抑制，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。这些结果表明，USP15在KRAS突变NSCLC的进展中起着关键作用，可能成为新的治疗靶点。此外，USP15通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强大的生存优势和致瘤能力。

本研究还探讨了USP15在KRAS突变NSCLC中的作用机制。USP15通过去泛素化作用稳定SMAD4，从而增强TGF-β/SMAD信号通路的激活状态。同时，USP15促进SMAD2/3的磷酸化，进一步推动TGF-β/SMAD信号通路的持续激活。这些效应共同作用，增强了肿瘤细胞的代谢适应能力，从而推动了KRAS突变NSCLC的进展。此外，USP15通过调控多种代谢相关基因，影响了肿瘤细胞的能量供应和生物合成需求，从而增强了肿瘤细胞的生存能力。

USP15在KRAS突变NSCLC中的作用不仅限于信号调控，还涉及细胞代谢的重新编程。糖酵解是肿瘤细胞在缺氧或营养匮乏条件下维持能量供应的重要途径，而USP15的增强作用可能为肿瘤细胞提供了额外的代谢支持，使其能够更有效地应对环境压力。此外，USP15通过调控SMAD2/3和SMAD4的信号通路，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

本研究还强调了USP15在KRAS突变NSCLC中的治疗潜力。USP15的表达与KRAS突变NSCLC的预后密切相关，而通过抑制USP15，可以显著降低肿瘤细胞的增殖、迁移和致瘤性，同时增强细胞凋亡和化疗敏感性。这些结果表明，USP15是一个关键的致癌性调节因子，可能成为针对KRAS突变NSCLC的新治疗策略。此外，USP15通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强大的生存优势和致瘤能力。

在研究过程中，我们采用了多种实验手段，包括体外和体内模型，以评估USP15在KRAS突变NSCLC中的作用。体外实验包括CCK-8、EdU掺入、划痕愈合实验和皮下异种移植肿瘤模型，这些实验用于评估USP15对肿瘤细胞增殖、迁移和致瘤性的影响。体内实验则通过小鼠模型进一步验证了USP15在肿瘤进展中的作用。此外，我们还整合了qPCR、Western blotting、ELISA、免疫荧光和Seahorse代谢通量分析等技术，以全面揭示USP15在KRAS突变NSCLC中调控肿瘤代谢和生长的具体机制。

通过这些实验，我们发现USP15的表达在KRAS突变的NSCLC组织和细胞系中显著上调，并且其表达受到MEK/ERK信号通路的调控。敲低USP15显著抑制了NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。多组学分析进一步揭示了USP15在肿瘤进展中的作用机制，即它通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

在研究过程中，我们还采用了多种生物信息学分析手段，以识别与NSCLC预后显著相关的代谢基因。这些分析包括对转录组数据和临床信息的整合，以揭示代谢基因在NSCLC中的作用。此外，我们还对USP15在KRAS突变NSCLC中的表达情况进行了深入分析，并结合多种实验手段，如qPCR、Western blotting、ELISA、免疫荧光和Seahorse代谢通量分析，以全面揭示USP15在KRAS突变NSCLC中调控肿瘤代谢和生长的具体机制。

通过这些研究，我们发现USP15在KRAS突变的NSCLC中起着关键作用，可能成为新的治疗靶点。USP15的表达受到MEK/ERK信号通路的调控，而敲低USP15可以显著抑制NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。此外，USP15通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

本研究的结果表明，USP15在KRAS突变NSCLC中的作用不仅限于信号调控，还涉及细胞代谢的重新编程。糖酵解是肿瘤细胞在缺氧或营养匮乏条件下维持能量供应的重要途径，而USP15的增强作用可能为肿瘤细胞提供了额外的代谢支持，使其能够更有效地应对环境压力。此外，USP15通过调控SMAD2/3和SMAD4的信号通路，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

USP15在KRAS突变NSCLC中的作用不仅限于信号调控，还涉及细胞代谢的重新编程。糖酵解是肿瘤细胞在缺氧或营养匮乏条件下维持能量供应的重要途径，而USP15的增强作用可能为肿瘤细胞提供了额外的代谢支持，使其能够更有效地应对环境压力。此外，USP15通过调控SMAD2/3和SMAD4的信号通路，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

在研究过程中，我们还探讨了USP15在KRAS突变NSCLC中的作用机制。USP15通过去泛素化作用稳定SMAD4，从而增强TGF-β/SMAD信号通路的激活状态。同时，USP15促进SMAD2/3的磷酸化，进一步推动TGF-β/SMAD信号通路的持续激活。这些效应共同作用，增强了肿瘤细胞的代谢适应能力，从而推动了KRAS突变NSCLC的进展。此外，USP15通过调控多种代谢相关基因，影响了肿瘤细胞的能量供应和生物合成需求，进而增强了肿瘤细胞的生存能力。

在临床意义方面，USP15的表达与KRAS突变NSCLC的预后密切相关。我们的研究显示，USP15的表达水平在KRAS突变的NSCLC组织中显著高于正常组织，这一现象可能与KRAS突变导致的代谢重编程有关。通过敲低USP15，我们观察到NSCLC细胞的增殖、迁移和致瘤性受到显著抑制，同时诱导细胞凋亡并增强化疗敏感性。这些结果表明，USP15是一个关键的致癌性调节因子，可能成为针对KRAS突变NSCLC的新治疗策略。此外，USP15通过调控TGF-β/SMAD信号轴，影响了多种细胞过程，包括细胞周期调控、细胞迁移和侵袭能力，以及细胞凋亡的调控。这些效应共同作用，为KRAS突变的NSCLC提供了更强的生存优势和致瘤能力。

综上所述，USP15在KRAS突变NSCLC中的作用机制不仅限于信号调控，还涉及细胞代谢的重新编程。通过调控TGF-β/SMAD信号轴，USP15增强了SMAD2/3的磷酸化和SMAD4的稳定性，从而维持TGF-β/SMAD信号通路的激活状态。此外，USP15还增强了糖酵解的代谢通量，表现为细胞外酸化率的增加和糖酵解相关基因表达的上调，最终推动KRAS突变NSCLC的代谢适应和肿瘤进展。这些发现不仅揭示了USP15在KRAS驱动的代谢重编程中的关键作用，还为针对KRAS突变NSCLC的治疗提供了新的思路。