溶酶体与嘌呤体协同调控嘌呤代谢稳态的分子机制及其在癌症治疗中的意义

本研究针对癌症细胞中嘌呤代谢失衡问题，通过整合稳定同位素标记代谢组学与新型RNA-FRET寡核苷酸技术，揭示了溶酶体-RNASET2介导的RNA降解与de novo嘌呤合成通路（DNPB）的协同调控机制。研究发现MTX/LTX诱导的嘌呤缺乏通过mTORC1-TFEB/TFE3轴激活溶酶体生物发生，而RNASET2敲除导致rRNA积累并触发DNPB代偿性增强。该成果为靶向嘌呤代谢的联合化疗策略提供了新思路。

　　

嘌呤作为DNA/RNA的基本组成单元，其代谢平衡对细胞存活至关重要。然而，在快速增殖的癌细胞中，传统研究多聚焦于外源嘌呤摄取和de novo合成途径（DNPB），而对溶酶体介导的核酸降解回收机制知之甚少。更关键的是，临床常用的抗叶酸药物如甲氨蝶呤（MTX）和洛美曲索（LTX）虽能抑制DNPB，却常因代偿性嘌呤补救途径（PSP）激活导致耐药。这些未解之谜促使研究人员深入探索溶酶体在嘌呤代谢中的调控作用。

为破解这一科学难题，宾夕法尼亚州立大学的研究团队在《The International Journal of Biochemistry》发表重要成果。他们创新性地结合¹⁵N₄次黄嘌呤/¹³C₆葡萄糖双标记代谢流分析、CRISPR-Cas9基因编辑构建的DNPB酶敲除细胞系，以及自主开发的RNA-FRET寡核苷酸实时监测系统，首次量化了溶酶体对胞内嘌呤池的贡献度。

2.1 溶酶体回收贡献量化

通过六小时短期同位素标记实验，发现外源嘌呤摄取（M4+M9同位素体）与内源溶酶体再生（M0+M5同位素体）对IMP/AMP库的贡献近乎相等（约45% vs 53%），证实溶酶体是维持嘌呤稳态的"第三支柱"。

2.2 嘌呤缺乏激活溶酶体生物发生

MTX/LTX处理使溶酶体标志物LAMP1表达提升2倍，且LysoTracker荧光强度增加1.5-2.5倍。这种效应具有特异性：嘌呤补充可逆转该现象，而PFAS等DNPB酶敲除细胞在无嘌呤培养基中重现类似表型。

2.3 功能验证与机制解析

新型RNA-quencher探针显示MTX处理使溶酶体RNA降解活性提升2倍。机制上，嘌呤缺乏通过抑制mTORC1（表现为S6K磷酸化降低）促使TFEB/TFE3转录因子入核，激活包括RNASET2在内的溶酶体基因簇表达。胰岛素刺激可通过恢复mTORC1活性阻断该通路。

2.5 RNASET2缺失的代偿效应

在RNASET2敲除细胞中，28S rRNA积累触发mTORC1过度活化（pS6K增加2.5倍），同时DNPB通路显著增强：¹⁵N-丝氨酸标记显示¹⁵N-IMP生成比例从野生型的30%升至53%，PRPP池扩大5倍，完美补偿了溶酶体功能缺陷造成的嘌呤短缺。

这项研究首次绘制出"溶酶体-嘌呤体-mTORC1"三方对话的分子图谱，揭示癌细胞通过动态平衡DNPB与溶酶体回收来维持嘌呤供应的精妙策略。临床意义上，针对RNASET2-mTORC1-DNPB轴的联合用药方案，或可突破当前抗叶酸药物的疗效瓶颈。更深远的是，该研究为理解细胞代谢区室化调控提供了新范式——细胞器间代谢流再分配可能是普适性的应激适应机制。