《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：L-Methioninase activity of Streptomyces sp. JUBTK2 and its anticancer potential: comparison of monotherapy and combination therapy with tamoxifen
in vitro
编辑推荐：
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从新分离的Streptomyces sp. JUBTK2菌株中提取出具有强大抗癌活性的L-甲硫氨酸酶。
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确定酶活性的最佳条件对于探索其临床应用至关重要。
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通过DEAE-纤维素和Sephadex G-200凝胶过滤色谱法纯化后，酶活性提高了3.
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从新分离的Streptomyces sp. JUBTK2菌株中提取出具有强大抗癌活性的L-甲硫氨酸酶。
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确定酶活性的最佳条件对于探索其临床应用至关重要。
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通过DEAE-纤维素和Sephadex G-200凝胶过滤色谱法纯化后，酶活性提高了3.75倍。
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这种酶（400μg/mL）与他莫昔芬（10 μg/mL）联合使用时，对乳腺癌、宫颈癌和肝癌细胞系有效，MCF-7细胞的存活率为3.01%，HeLa细胞为4.45%，HepG2细胞为17.81%。
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联合治疗可将正常HEK-293细胞的TAM相关细胞毒性降低23.4%。
引言
癌症仍然是全球主要的健康挑战，许多恶性肿瘤继续对现有的治疗策略表现出抗性。近年来，基于酶的疗法无论是单独使用还是与传统化疗联合使用，都引起了广泛关注。这种兴趣主要源于癌细胞对高甲硫氨酸水平的代谢依赖性，这种依赖性支持着快速的蛋白质合成、表观遗传调控和基因组复制，这种现象被称为甲硫氨酸依赖性。相比之下，甲硫氨酸限制对正常细胞的影响相对较小，因为正常细胞保留了功能性的甲硫氨酸循环途径（Dhankhar等人，2020年）。与肿瘤细胞不同，正常细胞可以通过涉及甲硫氨酸合成酶和甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶的再甲基化途径来再生甲硫氨酸。然而，许多癌细胞的甲硫氨酸循环受损，因此严重依赖外源性甲硫氨酸来生存和增殖（Cavuoto和Fenech，2012年）。因此，甲硫氨酸耗竭可以在更大程度上选择性地抑制肿瘤生长，同时保护正常细胞。
L-甲硫氨酸酶是一种依赖吡哆醛磷酸的酶，可催化L-甲硫氨酸分解为甲烷硫醇、α-酮丁酸和氨（Mohkam等人，2020年）。通过耗竭甲硫氨酸，它为癌症治疗提供了一种有前景的代谢策略。实验研究表明，甲硫氨酸限制可以抑制肿瘤进展，诱导S/G2期细胞周期停滞，并激活凋亡途径（Kharayat和Singh，2024年；Hoffman等人，2019年）。机制上，甲硫氨酸限制会破坏一碳代谢并降低S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的水平，从而影响依赖甲基化的表观遗传调控、氧化还原稳态和肿瘤细胞存活。越来越多的证据表明，通过饮食干预或酶法耗竭甲硫氨酸可以在临床前癌症模型中增强传统抗癌疗法的功效（Bandaru等人，2025年）。
肿瘤细胞对甲硫氨酸耗竭的选择性脆弱性为将L-甲硫氨酸酶与传统抗癌剂联合使用提供了强有力的依据。正常细胞保留了功能性甲硫氨酸回收和再甲基化途径，这有助于在甲硫氨酸受限条件下维持细胞内甲硫氨酸的稳态。这种代谢灵活性可能保护健康细胞免受严重的生物能量和氧化应激，而由于其对甲硫氨酸的高度依赖性，肿瘤细胞则更容易受到甲硫氨酸耗竭的影响。
由于哺乳动物体内缺乏内源性的L-甲硫氨酸酶，这种酶主要从微生物来源中分离获得。虽然在细菌中细胞内产生很常见，但细胞外分泌更为优选，因为它简化了回收过程并可能提高酶的产量。几种微生物，包括Pseudomonas putida、Clostridium sporogenes、Trichomonas vaginalis、Brevibacterium linens、Streptomyces属菌株和Methylobacterium sp. JUBTK33，已被报道为L-甲硫氨酸酶的潜在来源（Salim等人，2020年；El Awady等人，2017年；Kavya和Nadumane，2023a年）。这种酶的抗癌活性已在包括胶质母细胞瘤、肺癌、肾癌、结肠癌、乳腺癌和前列腺癌等多种恶性肿瘤中得到研究（Tan等人，1997年；Ipek等人，2023年；Hendy等人，2023年；Hoffman和Han，2020年）。然而，传统化疗药物所具有的剂量限制性毒性、不良反应和治疗耐药性需要开发有效的联合治疗策略。
他莫昔芬是一种选择性雌激素受体调节剂，广泛用于治疗雌激素受体阳性的乳腺癌。它通过竞争性结合雌激素受体并抑制下游转录信号传导来抑制雌激素依赖的肿瘤增殖。然而，长期使用他莫昔芬治疗通常与耐药性和脱靶毒性相关（Riggins等人，2007年）。新兴的证据表明，甲硫氨酸限制可以增强他莫昔芬的抗癌效果，而甲硫氨酸耗竭可以破坏一碳代谢，改变氧化还原稳态，削弱谷胱甘肽介导的抗氧化防御，并促进细胞周期停滞和凋亡。在乳腺癌模型中，使用L-甲硫氨酸酶耗竭甲硫氨酸已被报道可以增强他莫昔芬介导的肿瘤抑制作用，并增加凋亡标志物（如caspase-3和caspase-8的表达）（Cao等人，2025年；Kavya和Nadumane，2022年；Gao等人，2021年；Malin等人，2021年）。相比之下，正常细胞在甲硫氨酸受限条件下可能相对受到保护，因为它们保留了从同型半胱氨酸合成内源性甲硫氨酸的功能性途径，从而支持细胞代谢和氧化还原稳态（Chaturvedi等人，2018年；Sanderson等人，2019年）。因此，L-甲硫氨酸酶介导的甲硫氨酸耗竭可能作为一种选择性代谢敏化策略，增强他莫昔芬在肿瘤细胞中的细胞毒性，同时可能限制对正常细胞的毒性。
基于这一原理，本研究旨在从我们实验室先前鉴定出的产生外源酶的Streptomyces sp. JUBTK2菌株中纯化并表征L-甲硫氨酸酶（Kavya和Nadumane，2020年）。与一些主要显示细胞内酶产生或治疗评估有限的已知微生物来源不同，Streptomyces sp. JUBTK2产生的是外源性的L-甲硫氨酸酶，这有利于后续的回收和纯化。然而，该菌株中酶的生化特性和联合抗癌潜力仍有待进一步探索。因此，本研究系统地评估了纯化酶的物理化学特性，并研究了其单独使用及与他莫昔芬联合使用的抗癌效果。
部分摘录
产生L-甲硫氨酸酶的放线菌分离株
选择Streptomyces sp. JUBTK2进行本研究，因为它具有较高的L-甲硫氨酸酶活性，并且已证实其具有抗癌潜力（Kavya和Nadumane，2020年）。
L-甲硫氨酸酶活性测定（Nessler方法）
使用Nessler试剂（ISOCHEM）通过测量L-甲硫氨酸酶降解过程中释放的氨量来定量L-甲硫氨酸酶的活性（El-Sayed，2009年）。实验使用了1毫升...
从Streptomyces sp. JUBTK2中纯化L-甲硫氨酸酶及其分子量分析
从Streptomyces sp. JUBTK2中提取的L-甲硫氨酸酶经过冷丙酮沉淀、DEAE-纤维素离子交换和Sephadex G柱色谱等逐步纯化步骤。丙酮沉淀后的粗酶液显示出较高的酶活性和特异性活性，纯度达到2.09倍（表1）。丙酮沉淀后的组分经过透析处理，然后进行DEAE-纤维素离子交换...
讨论
将L-甲硫氨酸酶与化疗结合使用的酶疗法是治疗恶性肿瘤的一种有前景的策略。根据这种方法，本研究旨在纯化来自Streptomyces sp. JUBTK2的这种酶，该酶在体外对癌细胞系表现出非常有希望的活性（Kavya和Nadumane，2020年），并研究其缓解癌症的能力。物理化学参数对酶活性的影响以及...
结论
本研究证明，来自Streptomyces sp. JUBTK2的L-甲硫氨酸酶可以在体外降低癌细胞的存活率，当该酶与他莫昔芬联用时效果更为显著。据我们所知，这项研究扩展了对JUBTK2来源的L-甲硫氨酸酶与他莫昔芬联合使用的多株癌细胞系（包括MCF-7、HeLa和HepG2）的研究。然而，反应的程度和时间依赖性模式在各细胞系之间存在差异...
CRediT作者贡献声明
Kavya Dayanand：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法论、研究、正式分析、数据管理。Varalakshmi Kilingar Nadumane：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、概念化
资金
作者声明在研究和准备本手稿期间未收到任何资金、资助或其他支持。
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
作者感谢班加罗尔的Jain大学提供研究工作的基础设施支持。作者还感谢迈索尔的CFTRI生物化学系的Gnanesh Kumar BS博士在酶纯化步骤中提供的帮助。
