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为探究谷氨酰胺（Gln）参与肝母细胞瘤（HB）发展的机制，上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心等机构的研究人员开展了关于 HB 中谷氨酰胺代谢的研究。结果发现 GLS1 介导的谷氨酰胺分解代谢增强促进 HB 发展，KGA 的 O-GlcNAcylation 修饰是关键。这为 HB 治疗提供了新靶点1218。
在儿童肿瘤的世界里，肝母细胞瘤（HB）是一种常见且棘手的疾病，它源于胚胎发育时未分化的肝祖细胞异常发展，是儿童原发性肝癌中最常见的类型，在儿童腹部恶性肿瘤里也位居前三。近几十年来，其发病率还在不断上升。虽然目前的治疗手段，像手术切除和化疗，已经让部分患者的情况有所改善，但对于晚期病例，治疗仍然困难重重。这就促使科学家们不断探索 HB 发病的潜在机制，寻找有效的生物标志物，期望能开发出更有效的治疗策略。
在肿瘤的发展过程中，代谢重编程是一个关键特征，其中癌细胞对葡萄糖和谷氨酰胺（Gln）的消耗显著增加。谷氨酰胺作为一种重要的营养物质，不仅能为癌细胞提供能量，还参与生物合成途径，比如谷胱甘肽（GSH）的合成。然而，谷氨酰胺在 HB 发展中的具体作用机制尚不明确。
为了解开这些谜团，上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心、首都医科大学附属北京儿童医院等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Death Discovery》杂志上，为 HB 的治疗带来了新的希望。
研究人员运用了多种技术方法来开展此项研究。在样本方面，收集了 33 对 HB 患者手术中的样本和相邻的非癌组织样本 。实验技术上，采用 RNA 提取和定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）分析相关基因的表达；通过蛋白质免疫印迹（Western blotting）检测蛋白表达水平；利用慢病毒转导构建稳定细胞系；借助脂质活性氧（ROS）测定、细胞增殖和集落形成实验等探究细胞功能变化。
下面来看看具体的研究结果：
- 谷氨酰胺代谢激活促进 HB 细胞增殖：研究人员通过使用 ASCT2 抑制剂 L-γ- 谷氨酰 - p - 硝基苯胺（GPNA）阻断谷氨酰胺转运，以及用 CB839 抑制 GLS1，发现 HB 细胞的增殖明显受到抑制。同时，去除培养基中的谷氨酰胺后，HB 细胞增殖也受到更大程度的抑制，且 HB 细胞对谷氨酰胺的消耗和谷氨酰胺酶活性都高于正常肝细胞。这表明谷氨酰胺代谢的激活对 HB 细胞的增殖至关重要34。
- GLS1 而非 GLS2 促进 HB 细胞增殖：研究人员检测了谷氨酰胺酶的两种同工酶 GLS1 和 GLS2 在 HB 中的表达，发现 HB 组织中 GLS1 表达显著增加，GLS2 表达明显下降。通过敲低和过表达 GLS1 的实验，以及构建异种移植小鼠模型，证实了 GLS1 是维持 HB 细胞转化表型所必需的，而 GLS2 对 HB 有抑制作用567。
- 靶向 GLS1 诱导铁死亡抑制 HB 增殖：由于谷氨酰胺分解产生的谷氨酸是 GSH 合成的关键前体，而 GSH 能对抗铁死亡，研究人员探究了 GLS1 在铁死亡中的作用。敲低 GLS1 后，细胞的脂质 ROS 通量增加，丙二醛（MDA）和 4 - 羟基壬烯醛（4-HNE）等脂质过氧化产物上调，GSH/GSSG 比值下降，同时细胞死亡增多。用铁死亡抑制剂处理后，能显著逆转 GLS1 敲除介导的细胞死亡。这说明靶向 GLS1 可以通过诱导铁死亡来抑制 HB 增殖89。
- GLS1 通过 KGA 亚型促进 HB 增殖：GLS1 有 KGA 和 GAC 两种亚型，研究人员检测发现 HB 组织中 KGA 和 GAC 的转录水平均增加，但 KGA 在蛋白水平显著过表达，而 GAC 无明显差异。敲低 KGA 显著抑制 HB 细胞增殖和集落形成能力，过表达 KGA 则促进增殖；敲低 GAC 对细胞增殖影响较小。此外，研究还发现 KGA 主要定位于细胞质，GAC 几乎完全定位于线粒体。这表明 GLS1 主要通过 KGA 亚型促进 HB 增殖101112。
- O-GlcNAcylation 修饰维持 KGA 表达水平：研究人员通过共免疫沉淀和质谱分析，发现 KGA 可能存在 O-GlcNAcylation 修饰，且该修饰由 O-GlcNAc 转移酶（OGT）催化。用葡萄糖和 PUGNAc 处理 HB 细胞，增加 O-GlcNAcylation 水平，可显著增强 KGA 的表达，但不影响 GAC 的表达，且不影响 KGA 和 GAC 的 mRNA 水平。CHX 实验表明，O-GlcNAcylation 修饰延长了 KGA 的半衰期。这些结果说明 KGA 可以被 O-GlcNAcylation 修饰，且这种修饰维持了 KGA 的表达水平1314。
- KGA 的 Thr563 位点 O-GlcNAcylation 修饰介导 HB 铁死亡：通过生物信息学网站预测 KGA 的潜在 O-GlcNAcylation 修饰位点，发现 Thr563 位点的预测得分最高。将 Thr563 位点突变后，KGA 的 O-GlcNAc 水平显著下降。过表达野生型 KGA（KGA-WT）能促进 HB 细胞增殖，而突变型 KGA（KGA-Thr563A，即 KGA-MUT）则无此作用。在异种移植肿瘤模型中也得到了类似结果。这表明 KGA 诱导的 HB 恶性行为主要依赖其 O-GlcNAcylation 修饰，Thr563 可能是主要的修饰位点151617。
综合以上研究，研究人员得出结论：谷氨酰胺代谢在 HB 的发展中起着关键作用，由 GLS1 激活的谷氨酰胺分解代谢，特别是通过其 KGA 亚型，能有效抑制铁死亡，从而促进肿瘤进展。KGA 的 O-GlcNAcylation 修饰增强了其酶活性和蛋白丰度。这一发现为癌症治疗提供了一个有前景的治疗靶点，为 HB 的治疗开辟了新的策略方向。谷氨酰胺代谢与铁死亡之间的关系一直存在争议，而该研究明确了在 HB 中谷氨酰胺分解代谢是通过抑制铁死亡来促进肿瘤发生的，同时也揭示了 GLS1、KGA 和 O-GlcNAcylation 修饰在这一过程中的重要作用机制，为进一步理解肿瘤代谢和开发新的治疗方法提供了重要依据 。
