α-酮戊二酸通过TET-YBX1轴调控AMPK蛋白合成在人类癌症能量感知中的关键作用

这项研究揭示了代谢物α-酮戊二酸（α-KG）通过表观遗传调控机制控制能量传感器AMPK的翻译过程，为解决肿瘤细胞在能量应激下的生存机制提供了新见解。研究人员发现α-KG缺乏会通过抑制TET介导的YBX1转录，阻断AMPKα1的5'UTR依赖性翻译，导致癌细胞在葡萄糖饥饿时因NADPH耗竭而引发二硫化物应激死亡。该发现不仅阐明了人类特有的AMPK翻译调控通路，更为通过靶向GLUT1-YBX1联合治疗策略抑制肿瘤生长提供了理论依据，相关成果发表于《Nature Chemical Biology》。

　　

在肿瘤微环境复杂的能量限制条件下，癌细胞如何维持生存一直是癌症研究的核心问题。作为细胞的"能量传感器"，AMP激活蛋白激酶（AMPK）在调控代谢适应中扮演关键角色，但学界对其在翻译水平的调控机制知之甚少。更令人困惑的是，尽管AMPK抑制已被证明可阻碍肿瘤进展，却缺乏针对该通路的有效治疗策略。这项发表于《Nature Chemical Biology》的研究，首次揭示了代谢中间产物α-酮戊二酸（α-KG）通过表观遗传-转录-翻译三级调控网络，决定AMPK蛋白合成的全新机制，为靶向肿瘤能量感知通路提供了突破性视角。

关键技术方法包括：1）建立GDH1敲除细胞模型结合代谢组学分析；2）应用iNap1/iNap3荧光探针实时监测胞质NADPH水平；3）通过RNA免疫共沉淀（RIP）和5'UTR报告基因验证翻译调控机制；4）采用甲基化DNA免疫沉淀（MeDIP）和5hmC检测分析表观遗传修饰；5）利用患者来源异种移植（PDX）模型评估GLUT1/YBX1联合靶向治疗效果。

α-KG deficiency sensitizes cancer cells to energy stress

研究发现，在肝细胞癌（Huh7）和肺腺癌（H1299）细胞中，敲除谷氨酸脱氢酶1（GDH1）或使用抑制剂R162会显著降低细胞内α-KG水平。这些α-KG缺乏的细胞在葡萄糖饥饿条件下出现大规模死亡，而外源补充α-KG或可穿透细胞的二甲基α-KG（DMKG）能有效挽救该表型。通过特异性NADPH荧光探针iNap1/iNap3证实，α-KG缺乏导致胞质NADPH耗竭并引发二硫化物应激（disulfidptosis），这种死亡方式不能被抗氧化剂逆转。

α-KG deficiency blocks AMPK translation

深入机制研究表明，α-KG缺乏并不影响AMPKα1编码基因PRKAA1的mRNA水平，但显著降低了AMPK总蛋白含量。核糖体免疫沉淀实验显示，α-KG缺乏会减弱核糖体蛋白L22与PRKAA1 mRNA的结合。值得注意的是，这种调控具有人类特异性——在小鼠细胞中敲除Gdh1或Ybx1均不改变AMPK表达，这与人类PRKAA1 mRNA特有的5'UTR结构密切相关。

YBX1 is required for human AMPK translation

通过RNA结合蛋白（RBP）筛选，研究团队发现冷休克蛋白YBX1是调控AMPK翻译的关键因子。YBX1可直接结合人类PRKAA1 mRNA的5'UTR区域，其敲除会显著降低AMPK蛋白水平而不影响mRNA表达。临床数据分析显示，在肝细胞癌和肺腺癌中，GDH1与YBX1表达呈显著正相关。特别值得注意的是，YBX1抑制剂SU056能模拟α-KG缺乏的表型，导致AMPK表达下降和能量应激敏感性增加。

α-KG maintains TET-dependent YBX1 transcription

进一步探索表明，α-KG作为双加氧酶的必需辅因子，通过维持TET家族蛋白（TET1-TET3）的活性来调控YBX1表达。在α-KG缺乏的细胞中，YBX1启动子区CpG岛甲基化水平升高，5hmC修饰减少，导致YBX1转录抑制。这种调控具有特异性——JMJD3/UTX抑制剂GSKJ4不影响YBX1-AMPK轴，而铁螯合剂DFO（双加氧酶广谱抑制剂）则能重现α-KG缺乏的表型。

α-KG competitors inhibit YBX1 transcription and AMPK expression

研究还发现，α-KG的代谢竞争物如琥珀酸（succinate）和衣康酸（itaconate）能剂量依赖性地抑制YBX1转录和AMPK表达。这一发现为理解SDH（琥珀酸脱氢酶）突变肿瘤和炎症微环境中肿瘤细胞的代谢适应提供了新视角。

Combined GLUT1 and YBX1 inhibition blunts tumor growth

基于上述发现，研究人员提出治疗新策略：通过联合靶向葡萄糖转运蛋白GLUT1（使用抑制剂BAY-876）和YBX1，可协同阻断AMPK表达并加剧能量应激。这种联合方案在多种癌细胞系（包括乳腺癌、胰腺癌和结肠癌细胞）中均表现出显著协同效应，并在H1299异种移植模型和肺癌PDX模型中有效抑制肿瘤生长，且对正常组织无明显毒性。

这项研究的重要意义在于：首次阐明了α-KG-TET-YBX1轴通过调控AMPK翻译影响肿瘤能量感知的人类特异性机制；揭示了二硫化物应激与NADPH代谢的分子联系；开发出通过靶向YBX1和GLUT1协同阻断肿瘤能量适应的治疗策略。这些发现不仅丰富了人们对肿瘤代谢重编程的认识，更为开发针对能量应激通路的新型抗癌疗法提供了理论依据和潜在靶点。