代谢重编程通过CASP3乳酸化促进急性淋巴细胞白血病凋亡抵抗的机制研究

本研究针对急性淋巴细胞白血病(ALL)凋亡抵抗的临床难题，揭示了鞘磷脂(SM)代谢异常通过上调SLC2A1/GLUT1介导的糖酵解通量，促进CASP3(caspase 3)第14位赖氨酸(K14)乳酸化修饰从而抑制凋亡的新机制。研究人员通过脂质组学发现ALL患者鞘磷脂水平显著升高，利用基因编辑和代谢干预证实SM-HIF1A-SLC2A1-lactate-CASP3 Kla信号轴的关键作用，为靶向代谢重编程的ALL治疗提供了新策略。

　　

急性淋巴细胞白血病(ALL)是儿童最常见的恶性肿瘤，尽管化疗方案不断优化，但耐药复发仍是临床面临的重大挑战。究其根源，白血病细胞通过独特的代谢重编程获得生存优势，其中凋亡通路异常激活是关键障碍。传统研究多聚焦于BCL2家族蛋白调控，而对代谢异常如何直接调控凋亡执行者caspase的机制知之甚少。

中南大学湘雅三医院儿科研究所的杨明华团队与UT西南医学中心Daolin Tang团队合作，在《Molecular Cancer》发表的研究首次揭示了鞘磷脂(SM)代谢异常通过乳酸化修饰直接调控CASP3活性的分子开关。研究人员通过脂质组学分析22对ALL患儿治疗前后血浆样本，发现鞘磷脂水平与疾病进展正相关；结合细胞模型证实C18:0 SM通过上调HIF1A-SLC2A1轴促进糖酵解，产生的乳酸介导CASP3第14位赖氨酸(K14)乳酸化修饰，进而抑制其蛋白酶解激活。该研究创新性地将脂代谢、糖代谢与凋亡调控网络联系起来，为开发靶向"代谢-表观遗传-凋亡"交叉通路的治疗方案提供了理论依据。

关键技术包括：1) 22例ALL患儿纵向队列的脂质组学分析；2) CRISPR-Cas9构建SGMS1敲除和SMPD3过表达细胞模型；3) 乳酸化修饰组学鉴定CASP3 K14关键位点；4) 同位素示踪和Seahorse代谢流分析；5) 原位和皮下移植瘤模型验证治疗潜力。

SM在儿童ALL患者中升高
脂质组学显示ALL初诊患者鞘磷脂水平显著高于缓解期，且与白细胞计数、骨髓原始细胞比例等临床指标正相关。ALL细胞系中SGMS1(鞘磷脂合成酶)表达上调而SMPD3(鞘磷脂酶)下调共同导致SM累积，该特征在AML细胞中未出现。

SM促进ALL细胞增殖
外源C18:0 SM显著增强ALL细胞集落形成能力，而SGMS1敲除或SMPD3过表达则抑制增殖并诱导G0/G1期阻滞。临床数据分析显示SGMS1高表达与ALL患者不良预后相关，提示SM代谢的临床意义。

SM促增殖效应依赖葡萄糖代谢
SM处理使ATP产量和细胞外酸化率(ECAR)升高，但不影响线粒体耗氧率(OCR)。机制上，SM通过上调HIF1A增强SLC2A1表达，促进葡萄糖摄取和乳酸生成，在葡萄糖缺乏条件下SM的促增殖作用被消除。

SM缺失诱导细胞凋亡
SGMS1敲除或SMPD3过表达显著增加ANXA5/PI双阳性细胞比例，伴随CASP3剪切体和PARP1活化。乳酸补充可逆转该凋亡效应，表明SM通过维持乳酸水平抑制凋亡。

CASP3乳酸化修饰的分子机制
乳酸化修饰组学发现SM缺失显著降低CASP3 K14位点乳酸化。K14T突变模拟乳酸化状态可阻止CASP3活化，而K14R突变则促进其自剪切。结构分析显示K14位于CASP3前体域的保守区域，其乳酸化可能阻碍蛋白酶解加工。

体内验证治疗潜力
SGMS1敲除或SMPD3过表达的ALL细胞在小鼠模型中肿瘤负荷显著降低，¹⁸F-FDG PET显示葡萄糖摄取减少，生存期延长。骨髓白血病细胞中CASP3乳酸化水平下降伴随凋亡标志物升高，证实代谢干预的治疗价值。

该研究首次阐明SM-CASP3乳酸化轴在ALL中的核心作用：1) 发现SM通过HIF1A-SLC2A1-lactate级联反应调控CASP3活性的新通路；2) 揭示K14乳酸化作为凋亡调控的"代谢检查点"；3) 提出靶向SGMS1/SMPD3平衡或直接干预CASP3乳酸化的治疗策略。这些发现不仅为理解代谢异常与细胞死亡抵抗的关联提供了范式，也为开发ALL的精准代谢疗法开辟了新途径。