葡萄糖诱导的STUB1-GOT2轴调控天冬氨酸合成促进膀胱癌线粒体功能紊乱

本研究针对膀胱癌（BCa）中葡萄糖代谢异常如何驱动肿瘤进展的机制空白，首次揭示STUB1通过K6/K48泛素化降解GOT2（线粒体谷草转氨酶2），抑制天冬氨酸（Asp）合成并诱导线粒体功能障碍的核心通路。该轴受高糖微环境调控，为糖尿病相关膀胱癌进展提供新靶点，STUB1-GOT2轴的靶向干预有望成为抑制肿瘤代谢重编程的创新策略。

　　

论文解读

膀胱癌（Bladder Cancer, BCa）是全球第五大常见恶性肿瘤，其进展与异常葡萄糖代谢密切相关。临床研究发现，膀胱癌患者血浆葡萄糖浓度显著升高，但高血糖如何驱动肿瘤发展的分子机制尚未明确。天冬氨酸（Asp）作为核苷酸合成和蛋白质翻译的关键前体，其生物合成在癌细胞增殖中具有核心地位，而线粒体中的谷草转氨酶2（GOT2）是催化草酰乙酸生成Asp的关键酶。另一方面，E3泛素连接酶STUB1在多种肿瘤中扮演抑癌角色，但其在膀胱癌代谢调控中的作用仍是未解之谜。

为解析这一科学问题，南昌大学第一附属医院熊云强、董茜茜等研究人员在《Cell Death and Disease》发表研究，首次揭示STUB1-GOT2轴通过调控天冬氨酸合成与线粒体功能影响膀胱癌进展。研究团队整合临床样本分析、分子互作验证、代谢组学及体内外功能实验，发现：

1. 临床相关性：STUB1在膀胱癌组织中显著低表达，且与肿瘤分级、分期及不良预后负相关（图1）；

2. 分子机制：STUB1通过U-box结构域直接结合GOT2，介导其K73位点的K6/K48泛素化修饰，促进GOT2降解（图3-4）；

3. 代谢调控：STUB1-GOT2轴抑制线粒体Asp合成，导致ATP合成减少、活性氧（ROS）累积及线粒体膜电位崩溃（图6）；

4. 高糖微环境作用：高葡萄糖刺激抑制STUB1表达并稳定GOT2，加速Asp合成和肿瘤生长（图7）。

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关键技术方法

研究采用多维度技术验证机制：

1. 临床样本队列：121例膀胱癌组织芯片结合34例癌旁组织的免疫组化（IHC）分析；

2. 分子互作验证：免疫共沉淀（Co-IP）、GST pull-down及截断体实验鉴定STUB1-GOT2结构域结合；

3. 代谢组学：气相色谱-质谱（GC-MS）检测氨基酸代谢谱；

4. 体内模型：裸鼠皮下荷瘤（T24细胞系，n=12/组）结合高糖饮水干预；

5. 功能检测：线粒体膜电位（JC-1探针）、ATP/ROS定量、EdU增殖及迁移实验。

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研究结果

1. STUB1作为膀胱癌抑癌因子（图1-2）

• 膀胱癌组织及细胞系中STUB1表达显著低于正常对照（图1A-D）。

• STUB1低表达与肿瘤T2-T4分期（图1H）、低分化（图1I）及患者生存期缩短相关（图1J）。

• 过表达STUB1抑制癌细胞增殖、迁移及裸鼠成瘤能力（图2E-K）。

2. STUB1-GOT2互作与泛素化降解（图3-4）

• 质谱筛选发现GOT2是STUB1新型互作蛋白（图3B-C），二者共定位于细胞质（图3D）。

• STUB1通过U-box结构域结合GOT2（图3I），介导其K73位点K6/K48泛素化（图4H-J）。

• 高糖环境拮抗STUB1对GOT2的降解（图7A-D）。

3. 代谢与线粒体功能障碍（图5-6）

• STUB1过表达降低Asp水平，而GOT2回补可逆转此效应（图6D-E）。

• STUB1-GOT2轴破坏线粒体功能：ATP合成减少（图6F-G）、ROS升高（图6H-I）、膜电位崩溃（图6J-K）。

• 裸鼠模型中，STUB1过表达联合GOT2敲除显著抑制肿瘤生长（图5E-G）。

4. 高糖微环境的促癌作用（图7）

• 高葡萄糖刺激下调STUB1、上调GOT2（图7A-D），促进Asp合成（图7E-F）及线粒体功能亢进（图7G-J）。

• 高糖喂养逆转STUB1过表达的抑瘤效果（图7N-R）。

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结论与意义

本研究首次阐明STUB1-GOT2轴通过调控天冬氨酸代谢重编程影响膀胱癌进展的核心机制：

1. 分子机制创新：揭示STUB1介导GOT2特异性K73位点泛素化降解，为靶向GOT2的抑制剂设计提供新思路；

2. 代谢-肿瘤关联：证实Asp合成是连接高糖微环境与线粒体功能障碍的枢纽，解释糖尿病促进膀胱癌进展的病因；

3. 临床转化价值：STUB1低表达可作为膀胱癌预后标志物，STUB1-GOT2轴则成为糖尿病相关膀胱癌的潜在治疗靶点。

该研究不仅填补了膀胱癌代谢调控的理论空白，更为开发基于代谢微环境干预的肿瘤治疗策略奠定基础。