mRNA编码的溶酶体靶向嵌合体通过持续降解葡萄糖转运体1引发癌症细胞的代谢崩溃与炎性死亡

《Journal of Controlled Release》：Sustained degradation of glucose transporter 1 by an mRNA-encoded lysosome-targeting chimera triggers metabolic collapse and pyroptosis in cancer

　　

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  mRNA编码的MetaTAC-G1驱动细胞表面GLUT1的持续溶酶体降解。
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  持续的GLUT1降解触发代谢崩溃和GSDMD依赖性炎性坏死。
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  RGD-LNP递送实现MetaTAC-G1的体内表达和持久的抗肿瘤活性。

引言

肿瘤劫持代谢重编程以维持恶性增殖，其中Warburg效应建立了对葡萄糖的高度依赖 [1]、[2]。在侵袭性乳腺癌中，尤其是有效靶向治疗仍然有限了三阴性乳腺癌（TNBC），这种代谢依赖性尤为显著 [3]。葡萄糖摄入是这一依赖性的核心，是受葡萄糖转运蛋白GLUT1调控的限速步骤 [4]。这种膜蛋白作为葡萄糖流入的关键守门者，以维持能量代谢和生物合成需求，因此在癌细胞中通常过表达。除了为肿瘤生长提供燃料外，GLUT1驱动的糖酵解还通过乳酸积累、酸化和营养竞争重塑肿瘤微环境。这削弱了效应免疫细胞功能并促进免疫抑制，从而驱动治疗抵抗和不良临床结果 [4]、[5]。这些特征使GLUT1成为一个关键的代谢检查点，治疗性干预这一靶点可能同时抑制肿瘤增殖和缓解免疫抑制。然而，如何有效利用这一脆弱性仍是一个开放性问题。

目前靶向GLUT1的策略主要依赖小分子抑制剂，如BAY-876，其作为竞争性、可逆性拮抗剂暂时封闭GLUT1的葡萄糖结合口袋 [6]。然而，由于其占据驱动的药理学特性，这些抑制剂只能暂时抑制GLUT1功能，而非将转运体从质膜上移除。一旦抑制剂从GLUT1上解离，葡萄糖摄取迅速恢复至基线水平，导致肿瘤增殖复发 [6]。更根本的是，肿瘤细胞表现出显著的代谢可塑性。GLUT1抑制的不完全性导致残余葡萄糖流入，肿瘤细胞将其识别为代谢应激信号。作为响应，它们快速激活代偿程序，包括增强脂肪酸氧化、谷氨酰胺代谢以及上调替代转运体如GLUT3，从而维持葡萄糖流入并逃避治疗压力，最终加速获得性抵抗 [7]、[8]。综合这些挑战，指出了巨大的未满足需求。一种能够实现GLUT1快速且持续消除的策略，从而消除甚至残余葡萄糖摄取，同时最小化系统毒性并防止代谢逃逸，将填补这一空白。

靶向蛋白降解技术的最新进展为靶向传统"不可成药"膜蛋白开辟了新的途径 [9]、[10]。溶酶体靶向嵌合体（LYTACs）可以桥接细胞表面靶点与溶酶体分选受体，如sortilin，从而诱导内化和溶酶体降解 [11]、[12]、[13]、[14]。这种机制实现膜蛋白的快速消除，从根本上将LYTACs与可逆性小分子抑制剂区分开来，为GLUT1的快速下调提供了精准工具。然而，传统LYTACs是化学合成或重组生产，需要与受体配体偶联。这些外源性降解剂面临快速清除、需要重复给药以及潜在脱靶效应的问题 [15]、[16]。最近的研究已确立了基因编码蛋白降解剂的可行性，包括bioPROTACs和基因可编码的溶酶体靶向嵌合体，其中基于核酸的表达实现功能降解蛋白的细胞内或局部生产 [13]、[17]、[18]。这些方法为传统化学合成或重组降解剂格式提供了可编程的替代方案。mRNA脂质纳米颗粒（mRNA-LNP）平台进一步扩展了这一概念，通过高效递送降解剂编码mRNA和工程治疗蛋白的暂时性原位表达 [19]、[20]、[21]、[22]。通过将LYTAC降解剂编码为mRNA，这种方法利用宿主细胞机制在所需位点产生治疗蛋白，避免了重复给药。

基于这些见解，我们开发了一种mRNA包封的脂质纳米颗粒（LNP）平台，编码一种sortilin介导的GLUT1靶向LYTAC降解剂。与可逆性小分子抑制不同，该系统在多个乳腺癌模型中实现了细胞表面GLUT1的快速和持续降解。这种持续的GLUT1耗竭破坏了葡萄糖稳态并驱动了深刻的代谢崩溃，特征为ATP耗竭、活性氧（ROS）积累和NOD样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体激活。这一级联最终导致GSDMD依赖性炎性坏死，伴随炎症细胞因子释放。在TNBC异种移植模型中，单次治疗课程将该疗法延长生存至60天以上，无明显系统毒性。我们的发现表明，持续的蛋白降解，而非暂时性功能性阻断，可以将代谢应激驱动至炎性坏死性细胞死亡。

章节摘要

MetaTAC-G1驱动GLUT1的快速和持续降解

根据先前工作，sortilin在乳腺癌细胞中作为溶酶体靶向受体发挥作用 [13]。乳腺癌通过上调GLUT1表达和增加葡萄糖摄取来适应营养缺乏 [23]。在此我们展示了MetaTAC-G1，一种mRNA编码的溶酶体嵌合体，由一种桥接GLUT1至sortilin的双特异性结合器组成，重定向受体以驱动GLUT1的选择性和持续清除。GLUT1是乳腺癌中经常上调的葡萄糖转运蛋白。

讨论

在本研究中，我们开发了MetaTAC-G1，一种mRNA编码的溶酶体嵌合体，在癌细胞中实现GLUT1的快速和持续降解。通过将GLUT1桥接至溶酶体转运受体sortilin，MetaTAC-G1促进转运体的溶酶体清除，引发代谢崩溃、ROS积累和随后的GSDMD依赖性炎性坏死。在TNBC异种移植模型中，该策略诱导完全肿瘤消退并延长生存，未检测到毒性。两个

结论

在本研究中，我们开发了MetaTAC-G1，一种mRNA编码的溶酶体靶向嵌合体，将细胞表面GLUT1桥接至sortilin，促进转运体的溶酶体降解。持续的GLUT1耗竭破坏了葡萄糖代谢，驱动了深刻的代谢崩溃，并在乳腺癌细胞中最终导致GSDMD依赖性炎性坏死，在多种其他癌细胞系中也观察到相似的炎性坏死相关形态变化。在三阴性乳腺癌异种移植

抗体和试剂

GLUT1多克隆抗体（货号25618，1:2000），Gasdermin D多克隆抗体（货号39754T，1:1000），GSDMD N端抗体（Affinity，货号DF12275，1:1000），GAPDH多克隆抗体（货号10494-1-AP，1:2000），FLAG-tag多克隆抗体（货号66008-4-Ig，1:2000），beta-微管蛋白多克隆抗体（货号81115-1-RR，1:2000），caspase-1多克隆抗体（货号22915-1-AP，1:2000），NLRP3重组单克隆抗体

CRediT作者贡献声明

Xin Chang：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，资源，方法学，调查。Xinyu Qiu：撰写 – 审阅与编辑，方法学，调查。Xiaoning Tong：资源，方法学，调查。Yuxuan Shi：方法学，调查。Hao-Ran Jia：方法学，调查。Chao Zuo：方法学，调查。Sitao Xie：撰写 – 审阅与编辑，监督，形式分析，概念化。Shaoju Gan：撰写 – 审阅与编辑，撰写 –

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

作者感谢来自中国科学院杭州医学研究所（HIM）共享仪器核心设施的支持。

Xin Chang|Xinyu Qiu|Xiaoning Tong|Yuxuan Shi|Hao-Ran Jia|Chao Zuo|Sitao Xie|Shaoju Gan|Weihong Tan