内质网应激驱动MOCOS/XDH信号轴——前列腺癌核苷酸代谢失衡的关键治疗靶点

本研究针对前列腺癌（PCa）细胞在应激条件下代谢适应机制不明的关键问题，揭示内质网（ER）应激通过ATF4-MOCOS和XBP1s-XDH双通路协同调控嘌呤分解代谢的新机制。通过多组学分析和体内外模型证实，靶向MOCOS/XDH节点可诱导核苷酸失衡、复制叉停滞及DNA修复缺陷，显著抑制肿瘤生长，并为PARP抑制剂联合治疗提供新策略。

　　

背景：癌细胞的"代谢求生术"

前列腺癌作为男性高发肿瘤，其进展依赖于癌细胞应对微环境压力的能力。内质网（ER）作为蛋白质折叠工厂，在缺氧、营养匮乏等压力下会激活未折叠蛋白反应（UPR），其中ATF4和XBP1s是调控代谢重塑的关键转录因子。虽然UPR对氨基酸、脂质代谢的调控已被熟知，但核苷酸代谢——这个关乎DNA复制与细胞增殖的核心环节——如何受ER应激调控仍是谜团。尤其在前列腺癌中，嘌呤分解代谢终末酶黄嘌呤脱氢酶（XDH）及其激活因子钼辅因子硫化酶（MOCOS）的作用机制尚未阐明。

奥斯陆大学和温哥华前列腺中心的研究团队在《Cancer Letters》发表研究，首次揭示ER应激通过ATF4-MOCOS和XBP1s-XDH双通路驱动嘌呤分解，维持核苷酸稳态的机制。该研究不仅阐明PCa代谢适应的新原理，更发现靶向MOCOS/XDH轴可引发"核苷酸海啸"，导致复制叉崩溃并增强DNA损伤敏感性，为联合治疗提供新靶点。

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关键技术方法

研究人员采用多维度技术验证假说：

1. 分子机制解析：染色质免疫沉淀测序（ChIP-Seq）结合ENCODE数据库验证ATF4对MOCOS基因的直接调控；siRNA/小分子抑制剂靶向ATF4/XBP1s通路。
2. 功能模型构建：
   • 体外：类器官培养、集落形成实验评估增殖能力
   • 体内：可诱导shMOCOS的PCa细胞小鼠异种移植模型（奥斯陆大学伦理批准，n=7/组）
3. 多组学分析：RNA测序、蛋白质组学、非靶向代谢组学（Orbitrap质谱）联合解析核苷酸代谢网络
4. DNA损伤评估：DNA纤维分析（检测复制叉进程）、彗星实验（单细胞DNA损伤）
5. 临床关联验证：组织微阵列（TMA）分析853例PCa患者样本中MOCOS表达

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研究结果解析

1. ATF4直接结合MOCOS基因并调控其表达

ChIP-Seq在MOCOS基因内含子区发现两个ATF4结合位点，与ENCODE增强子区域重叠。ER应激剂毒胡萝卜素（TG）或衣霉素（TM）处理使MOCOS mRNA和蛋白表达提升>3倍（图1B-C）。ATF4敲除后该效应消失，而诱导型ATF4过表达可挽救表达（图1D-F）。机制上，ATF4与C/EBPβ协同结合MOCOS启动子，形成正反馈环路。

2. MOCOS是PCa体内外生长的关键因子

在7种PCa细胞系中，MOCOS蛋白表达显著高于正常前列腺细胞RWPE1（图2A）。MOCOS敲除使PCa细胞增殖抑制60-70%（图2B），类器官形成能力丧失（图2C）。小鼠模型中，多西环素诱导shMOCOS使肿瘤体积缩小80%（图2E-F）。临床样本显示：PCa组织MOCOS阳性细胞比例较癌旁高2倍（图2H，p<0.001）。

3. MOCOS/XDH整合ER应激与核苷酸代谢

RNA-Seq发现：

• ATF4依赖的ER应激诱导MOCOS（>5倍）
• XBP1s依赖的ER应激诱导XDH（>7倍）（图3A-B）
  关键机制：MOCOS硫化钼辅因子是XDH酶活性的必需条件。

4. MOCOS缺失引发"核苷酸失衡海啸"

代谢组学揭示：

• 嘌呤堆积：次黄嘌呤、黄嘌呤、腺苷积累>4倍
• 嘧啶耗竭：脱氧胞苷、dCMP下降60%（图5A）
  蛋白组学显示：
• 嘧啶合成限速酶（DHFR^{二氢叶酸还原酶}、TYMS^{胸苷酸合酶}）表达下调
• 范可尼贫血互补群（FANC）基因（BRCA1/2、FANCD2等）全面抑制（图3G）

5. 代谢失衡触发DNA灾难

复制叉崩溃：DNA纤维分析显示MOCOS敲除细胞复制叉长度缩短40%（图4A）
修复能力丧失：

• FANC通路蛋白表达下降50%（图3H）
• 临床数据：FANC基因特征与PCa进展正相关（图3I），与生存率负相关（HR=2.1, p<0.001）
  氧化应激加剧：谷胱甘肽下降70%，氧化型谷胱甘肽升高3倍（图5D）

6. 靶向治疗新策略

协同致死效应：

• XDH抑制剂（非布司他/别嘌醇）使PCa细胞对PARP抑制剂奥拉帕利敏感性提升5倍
• MOCOS突变体（酶活缺失型）丧失增殖挽救能力（图6A-B）
  机制基础：嘌呤堆积直接抑制FANC基因表达（图5F）

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结论与意义

该研究首次绘制ER应激-核苷酸代谢的核心通路：ATF4↑→MOCOS↑→XDH活化↑→嘌呤分解↑，维持PCa核苷酸稳态。突破性发现在于：

1. 代谢失衡机制：MOCOS缺失导致嘌呤/嘧啶比例失调，通过双重途径诱发危机：
   • 抑制嘧啶合成酶→dNTP耗竭→复制叉停滞
   • 耗竭谷胱甘肽→氧化应激↑→DNA损伤加剧
2. 治疗新范式：
   • 老药新用：痛风药物XDH抑制剂可重塑PCa代谢脆弱性
   • 联合增效：与PARP抑制剂协同靶向"代谢-修复"双重弱点

该研究将传统认为的"废物处理通路"嘌呤分解代谢，提升为PCa生存的关键代谢支柱。针对MOCOS/XDH节点的干预策略，