NDUFS3通过AMPK-PRPS1轴重编程葡萄糖代谢促进黑色素瘤增殖的机制研究

为解决黑色素瘤代谢异质性机制不清的问题，研究人员聚焦线粒体复合体I核心亚基NDUFS3，通过多组学技术揭示了其通过AMPK-PRPS1信号轴耦合氧化磷酸化（OXPHOS）、葡萄糖代谢和嘌呤核苷酸合成的调控网络。研究发现NDUFS3过表达通过抑制AMPK介导的PRPS1磷酸化（S180），显著促进黑色素瘤增殖，为靶向代谢重编程治疗提供了新策略。

　　

黑色素瘤作为最具侵袭性的皮肤恶性肿瘤，其独特的代谢特征一直是研究热点。传统观点认为肿瘤细胞依赖有氧糖酵解（Warburg效应），但近年研究发现部分黑色素瘤呈现高氧化磷酸化（OXPHOS）表型，这种代谢异质性导致治疗抵抗。线粒体复合体I（CI）作为电子传递链入口，其核心亚基NDUFS3在多种癌症中表达异常，但对其在黑色素瘤中的功能机制认识不足。

为解决这一科学问题，昆明医科大学第一附属医院等机构的研究团队通过临床样本分析、基因编辑和代谢组学等技术，首次阐明NDUFS3通过AMPK-PRPS1轴耦合能量代谢与核苷酸合成的分子机制。研究发现NDUFS3过表达通过增强线粒体网络复杂性（form factor提升1.8倍）和CI活性（增加2.3倍），驱动OXPHOS优势代谢表型，同时抑制糖酵解关键酶HK活性（降低40%）。这种代谢重编程使ATP/AMP比值升高3.5倍，进而抑制AMPK对PRPS1 S180位点的磷酸化（降低65%），最终促进嘌呤核苷酸合成（GTP水平增加2.1倍）和细胞周期进展（S期细胞比例提高28%）。该成果发表于《Cell Death & Differentiation》，为靶向NDUFS3-AMPK-PRPS1通路治疗高OXPHOS型黑色素瘤提供了理论依据。

关键技术方法包括：1）基于89例黑色素瘤组织芯片的免疫组化分析；2）构建NDUFS3过表达/敲除稳转细胞系；3）Seahorse检测线粒体耗氧率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）；4）靶向代谢组学（LC-MS/MS）定量30种代谢物；5）裸鼠移植瘤模型验证体内功能。

【NDUFS3表达显著增加并促进黑色素瘤细胞增殖】
组织芯片显示NDUFS3在89例黑色素瘤中高表达率达85.4%（vs. 正常痣0%），与Ki67呈正相关（r=0.67）。体外实验证实NDUFS3过表达使Edu⁺细胞比例增加2.1倍，克隆形成数提高3.2倍，而敲除NDUFS3则显著抑制这些表型。

【NDUFS3重塑线粒体形态与功能】
显微成像显示NDUFS3过表达使线粒体分支度（form factor）增加1.5倍，膜电位（ΔΨ_m）提升2.1倍，OCR升高80%。相反，敲除NDUFS3导致线粒体碎片化，CI活性下降60%。

【代谢重编程的双向调控】
代谢组学揭示NDUFS3过表达使TCA循环中间体（如α-酮戊二酸）增加2.3倍，同时抑制糖酵解产物乳酸（降低45%）。值得注意的是，NDUFS3敲除虽增强PK活性（提高1.8倍），但3-磷酸甘油酸等代谢物仍减少，提示代偿机制失效。

【嘌呤核苷酸合成的关键开关】
NDUFS3通过提升G6PD活性（增加1.7倍）促进磷酸戊糖途径（PPP），使GTP/ATP水平升高2倍。临床样本分析显示PRPS1表达与NDUFS3正相关（r=0.31），而p-PRPS1^S180呈负相关（r=-0.42）。

【AMPK-PRPS1轴的分子机制】
共免疫沉淀证实AMPKα1与PRPS1直接结合（Pearson系数0.94）。NDUFS3过表达使ATP/AMP比值升至3.5，抑制AMPK磷酸化（p-AMPK^T172降低70%），进而减少PRPS1 S180磷酸化（下降65%）。使用AMPK激活剂AICAR（10 mM）可逆转NDUFS3的促增殖效应。

该研究创新性揭示了NDUFS3作为代谢"开关"的分子功能，阐明了OXPHOS优势型黑色素瘤通过NDUFS3-AMPK-PRPS1轴协调能量代谢与生物合成的机制。特别值得注意的是，NDUFS3对嘌呤核苷酸的特异性调控（不影响UTP/CTP）为选择性靶向治疗提供了可能。研究提出的"代谢检查点"概念，为克服黑色素瘤异质性耐药开辟了新思路。