xCT介导的胱氨酸摄取障碍驱动骨骼肌细胞丝氨酸和脯氨酸代谢重编程及线粒体分裂

为解决肌肉卫星细胞(MuSCs)增殖过程中xCT介导的胱氨酸摄取障碍如何影响代谢和线粒体功能的问题，研究人员通过Slc7a11sut/sut小鼠模型结合代谢组学、稳定同位素示踪和线粒体动力学分析，发现xCT缺陷导致谷胱甘肽(GSH)氧化还原失衡，触发丝氨酸-半胱氨酸转硫途径和P5CS介导的脯氨酸还原合成，同时伴随DRP1依赖性线粒体分裂。该研究为肌肉疾病中代谢-氧化应激互作机制提供了新见解。

　　

在骨骼肌再生过程中，肌肉卫星细胞(MuSCs)的增殖能力高度依赖氧化还原稳态和营养供应。然而，在肌肉病理状态下，胱氨酸/谷氨酸逆向转运体xCT（由SLC7A11基因编码）的功能异常如何影响MuSCs的代谢适应性，仍是未解之谜。这项发表在《Redox Biology》的研究通过多组学联用技术，首次揭示了xCT缺陷通过双重代谢重编程机制重塑肌细胞命运的全新路径。

研究团队采用Slc7a11^sut/sut基因突变小鼠的原代肌肉细胞模型，结合以下关键技术：1）Seahorse线粒体压力测试评估细胞呼吸和糖酵解能力；2）HPLC定量GSH/GSSG氧化还原对；3）三维线粒体形态分析系统；4）[U-¹³C]-葡萄糖稳定同位素示踪技术；5）非还原性Western blot检测DRP1和MFN1/2寡聚化状态；6）靶向代谢组学分析。

xCT控制增殖肌细胞的GSH水平和氧化还原

Slc7a11^sut/sut MuSCs表现出52%的胱氨酸摄取下降，伴随GSH水平降低和GSSG积累。免疫印迹显示谷胱甘肽合成酶(GSS)代偿性上调，但线粒体H₂O₂释放增加1.8倍，提示氧化应激加剧。

受损的细胞生物能学伴随线粒体结构碎片化

氧消耗速率(OCR)分析显示最大呼吸能力下降50%，而葡萄糖摄取增加35%。TOMM20染色结合三维形态学分析揭示线粒体分支长度减少42%，伴随OPA1剪切和DRP1寡聚化增强，形成典型的碎片化网络。

代谢组学分析揭示BCAA和脯氨酸代谢异常

27个差异代谢物中，脯氨酸含量增加2.2倍最为显著，支链氨基酸(BCAA)和尿素循环中间产物同步升高。正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)显示代谢簇显著分离（Robinson-Foulds距离=0.914）。

xCT缺陷上调葡萄糖摄取并促进丝氨酸合成

¹³C标记实验显示：糖酵解中间体3-磷酸甘油酸(3PG)流向丝氨酸m+3增加1.7倍，磷酸丝氨酸氨基转移酶(PSAT1)表达上调。转硫途径关键酶胱硫醚γ-裂解酶(CTH)升高1.5倍，实现内源性半胱氨酸补救合成。

xCT功能缺失促进脯氨酸生物合成

脯氨酸/谷氨酸比值与胱氨酸摄取呈负相关（R²=0.48）。吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)表达增加2.1倍，而脯氨酸脱氢酶(PRODH)不变，驱动谷氨酸向脯氨酸的碳流重定向。

该研究创新性地提出"代谢分流"模型：当xCT功能受损时，肌细胞通过三条补偿途径维持生存——1）增强糖酵解通量；2）启动丝氨酸-半胱氨酸转硫途径；3）激活P5CS介导的脯氨酸还原合成。这种代谢重编程虽然暂时缓解半胱氨酸短缺，却以牺牲线粒体氧化磷酸化为代价，最终导致DRP1依赖性线粒体碎片化和生物能学缺陷。

从转化医学角度看，该发现为杜氏肌营养不良等肌肉病变提供了新的治疗靶点。研究提示：靶向调节xCT活性可能通过双重作用——既维持GSH稳态，又避免过度脯氨酸合成导致的代谢僵化——从而优化肌肉再生微环境。此外，发现的脯氨酸-GSH代谢轴可能普遍存在于其他依赖xCT的增殖细胞中，为癌症和神经退行性疾病的治疗策略提供新思路。