SIRT5通过调控HADHA去琥珀酰化增强Venetoclax对急性髓系白血病的线粒体代谢抑制效应

本研究针对急性髓系白血病(AML)代谢重编程的治疗难题，揭示了线粒体去琥珀酰酶SIRT5通过调控HADHA蛋白K644位点去琥珀酰化增强脂肪酸氧化(FAO)通路活性的新机制。研究人员通过定量琥珀酰化修饰组学筛选出83个SIRT5潜在底物，证实SIRT5-HADHA互作可增强线粒体代谢，而抑制SIRT5能协同BCL-2抑制剂Venetoclax(VEN)通过破坏线粒体结构、降低ATP生成、加剧氧化应激等途径显著增强AML细胞清除效果。该发现为开发SIRT5靶向药物及代谢抑制剂联合治疗方案提供了理论依据，论文发表于《Leukemia》。

　　

急性髓系白血病(AML)作为最具侵袭性的血液系统恶性肿瘤，其高度异质性的遗传背景给精准治疗带来巨大挑战。近年来，靶向肿瘤代谢脆弱性成为突破治疗瓶颈的新方向，特别是针对线粒体能量代谢的干预策略显示出广阔前景。NAD⁺依赖性去乙酰化酶家族成员SIRT5因其独特的线粒体定位和去琥珀酰化酶活性，在代谢调控中扮演关键角色，但其在AML发病中的具体作用机制尚不明确。与此同时，BCL-2抑制剂Venetoclax(VEN)虽已改变AML治疗格局，但耐药问题日益凸显，研究表明代谢重编程特别是脂肪酸氧化(FAO)通路激活是重要耐药机制之一。这些科学问题促使研究人员探索SIRT5调控的代谢网络能否成为增强VEN疗效的新靶点。

华中科技大学同济医学院附属协和医院血液病研究所的研究团队在《Leukemia》发表的重要成果，系统阐明了SIRT5通过去琥珀酰化修饰调控HADHA酶活性影响AML细胞线粒体代谢的新机制。研究采用4D标记定量琥珀酰化修饰组学技术，结合分子互作验证、酶活分析、代谢检测等多学科手段，首次证实抑制SIRT5可协同VEN通过"双重打击"线粒体功能显著增强AML细胞清除效果，为临床克服VEN耐药提供了新策略。

研究主要采用以下关键技术：1)基于MOLM-13细胞的4D标记定量琥珀酰化修饰组学分析；2)免疫共沉淀和免疫荧光验证蛋白互作；3)分子对接模拟HADHA突变体与底物结合特性；4)Seahorse线粒体压力测试和ATP/ROS检测；5)VEN敏感/耐药AML细胞系及原代患者样本(6例初治、7例复发)的功能验证；6)NSG小鼠AML移植模型的体内疗效评估。

Proteomics of succinylation reveals that SIRT5 regulates HADHA
研究人员首先通过建立SIRT5稳定敲低的MOLM-13细胞模型，发现SIRT5缺失特异性升高琥珀酰化修饰水平。4D修饰组学鉴定出83个蛋白的121个赖氨酸位点琥珀酰化水平显著升高，其中26个与能量代谢相关。KEGG富集分析显示差异蛋白显著富集于FAO通路，关键酶HADHA在K289/K295/K303/K406/K505/K644位点呈现修饰上调。免疫共沉淀证实SIRT5与HADHA存在直接互作，酶活实验显示SIRT5敲低导致HADHA活性降低约40%。

SIRT5 activates HADHA by desuccinylating the K644 site
通过位点特异性突变模拟去琥珀酰化(K→R)和琥珀酰化(K→E)状态，结合分子对接分析，发现K644位点突变对HADHA三维结构影响最大。在293T和AML细胞中证实，SIRT5过表达可降低野生型HADHA琥珀酰化水平并提升酶活，但对K644E突变体无此效应。特别值得注意的是，K644R突变体能部分逆转SIRT5敲低导致的酶活下降，提示K644是SIRT5调控HADHA功能的关键位点。

Inhibiting SIRT5 or HADHA promotes VEN-induced elimination of AML cells
功能实验显示，SIRT5特异性抑制剂NRD167与VEN联用在VEN敏感(MOLM-13)和耐药(THP-1)细胞系中均表现出协同效应(组合指数0.637-0.728)。机制上，联合治疗显著下调MCL-1表达并增加caspase-3剪切。原代AML样本验证显示，联合方案使初治和复发患者细胞凋亡率分别提高2.1倍和1.8倍，而健康供体细胞未受影响。类似地，HADHA抑制剂Trimetazidine或FAO抑制剂Etomoxir与VEN联用也显示出协同效应，证实代谢干预可增强VEN疗效。

Inhibiting SIRT5 enhances VEN-mediated suppression of mitochondrial metabolism
电镜观察发现SIRT5敲低联合VEN处理导致线粒体严重肿胀、嵴结构破坏。Seahorse分析显示联合组基础耗氧率(OCR)和最大呼吸能力降低约60%，ATP产量下降75%。同时线粒体ROS(MitoSOX)升高3.2倍，谷胱甘肽(GSH)耗竭达90%。值得注意的是，HADHA-K644R突变可增强细胞对脂肪酸底物的氧化能力，而K644E突变则产生相反效应，进一步证实SIRT5-HADHA轴在代谢调控中的核心地位。

Inhibiting SIRT5 combined with VEN more effectively eliminates AML cells in vivo
NSG小鼠移植模型证实，SIRT5敲低联合VEN治疗组肿瘤负荷较单药组降低85%，中位生存期延长1.8倍(P=0.0021)。流式分析显示骨髓hCD45⁺细胞比例从42.3%降至5.1%。代谢检测发现联合组AML细胞内GSH水平最低，与体外结果一致。在VEN耐药的THP-1移植模型中，联合方案同样显著延长生存期。

这项研究首次系统阐明了SIRT5通过去琥珀酰化HADHA-K644调控FAO通路影响AML线粒体代谢的分子机制，创新性地提出"代谢-凋亡"双靶向协同治疗策略。从转化医学角度看，该发现具有三重意义：1)拓展了对sirtuins家族非经典修饰调控网络的认识；2)为VEN耐药提供了可操作的代谢干预靶点；3)为开发SIRT5小分子抑制剂提供了理论支撑和 preclinical 证据。值得注意的是，研究不仅证实SIRT5抑制可增强VEN敏感细胞清除效果，更重要的是在临床耐药模型中同样有效，这为克服当前VEN治疗瓶颈提供了新思路。未来研究可进一步探索不同AML遗传背景下SIRT5底物谱的异质性，以及与其他代谢抑制剂(如IDH抑制剂)的联合潜力。