转录因子Sp1通过调节PHGDH蛋白来促进非小细胞肺癌的恶性表型

《Cellular Signalling》：Transcription factor Sp1 promotes malignant phenotypes in non-small cell lung cancer by regulating PHGDH

　　

摘要

磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）参与丝氨酸的生物合成，并与癌症代谢有关。然而，PHGDH在非小细胞肺癌（NSCLC）中的表达调控机制以及这种调控是否与肿瘤行为相关仍不清楚。我们检测了NSCLC组织和相邻非肿瘤（ANT）组织中的PHGDH表达，并评估了其与患者生存期的关联。在A549和H1299细胞中，我们通过操控PHGDH和Sp1来研究它们对细胞生长、迁移、侵袭、球形细胞形成和代谢参数的影响。使用丝氨酸补充剂和PHGDH抑制剂进一步研究了PHGDH相关的球形细胞形成。通过DNA pull-down、染色质免疫沉淀和萤光素酶报告基因检测方法研究了Sp1与PHGDH启动子之间的相互作用，并在异种移植模型中进一步评估了其功能效应。NSCLC组织中的PHGDH表达水平高于ANT组织，高PHGDH表达与较短的总体生存期相关。PHGDH的调控改变了细胞增殖、迁移、侵袭和球形细胞形成。PHGDH过表达增加了细胞内的丝氨酸和甘氨酸含量以及相对NADPH水平，并增强了FCCP刺激的OCR和寡霉素刺激的ECAR。PHGDH敲低则产生了相反的变化，并增加了ROS水平。l-丝氨酸补充剂在PHGDH敲低后增加了球形细胞的形成，而NCT-503和CBR-5884则减弱了PHGDH过表达引起的增加。Sp1结合到PHGDH启动子上，其在临床样本中的表达与PHGDH呈正相关。改变Sp1的表达会导致PHGDH和相关细胞表型的平行变化，而PHGDH敲低减弱了Sp1在体外和异种移植肿瘤中的过表达效应。这些发现表明，PHGDH受Sp1的转录调控，并有助于NSCLC中的肿瘤生长和干细胞相关特征。

引言

非小细胞肺癌（NSCLC）占肺癌诊断的大多数，仍然是全球癌症负担的主要来源[1]，[2]。尽管近年来治疗选择有所增加，包括手术、靶向药物和免疫疗法，但在临床实践中肿瘤进展和治疗后复发仍然很常见[3]，[4]。代谢酶的转录调控如何促进NSCLC细胞的增殖和侵袭仍不完全清楚。

磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）是从头丝氨酸生物合成途径中的第一个且限速酶，在多种恶性肿瘤中其水平通常升高[5]，[6]，[7]。PHGDH表达的增加与更强的肿瘤细胞生长和运动性以及常见的干细胞样特征相关[7]，[8]，[9]，[10]。除了其经典的代谢功能外，PHGDH还参与非代谢作用，包括在基因调控和蛋白质-蛋白质相互作用中的情境依赖性作用[11]，[12]。这些发现表明，PHGDH可能通过多种机制影响肿瘤行为，而不仅仅是通过丝氨酸的产生。在NSCLC中，NRF2通过ATF4调控PHGDH的转录，而野生型IDH1稳定PHGDH蛋白[13]，[14]。

特异性蛋白1（Sp1）是一种广泛表达的转录因子，它结合富含GC的启动子元件并调控参与细胞生长、分化、存活和代谢控制的基因[15]，[16]，[17]。其活性受翻译后修饰和细胞内信号传导的影响，这可以在不同的细胞环境中改变其转录输出[18]，[19]。许多类型的癌症中都描述了Sp1表达或激活的失调，这通常与侵袭性肿瘤行为和不良预后相关[20]，[21]，[22]。在NSCLC中，Sp1与DNA损伤修复、药物耐药性和缺氧相关的肿瘤进展有关[23]，[24]，[25]。研究表明，在HeLa细胞中，Sp1和NF-Y可以激活人类PHGDH的启动子[26]。然而，PHGDH是否对NSCLC中Sp1的促肿瘤效应有贡献仍不清楚。

基于这些观察，我们认为PHGDH可能在NSCLC中受到Sp1的转录调控。为了探讨这种可能性，我们分析了临床NSCLC样本中的PHGDH表达，并评估了其与总体生存期的关联。我们还测试了改变PHGDH和Sp1水平如何影响体外的细胞增殖、迁移、侵袭和干细胞相关特征。研究了PHGDH调控后的代谢变化，以及丝氨酸补充剂和PHGDH抑制剂对球形细胞形成的影响。我们进一步结合了Sp1过表达和PHGDH敲低，以评估PHGDH在体外和异种移植模型中对Sp1诱导的表型的贡献。

章节片段

临床组织样本

从广州中医药大学第一附属医院接受手术切除的NSCLC患者中收集了配对的肿瘤样本及其相应的相邻非肿瘤肺（ANT）组织。患者在手术前未接受化疗或放疗。切除的组织要么立即在液氮中冷冻，要么用福尔马林固定并包埋在石蜡中以供后续分析。所有患者均提供了书面知情同意书。该研究

NSCLC组织中的PHGDH表达增加，并与患者生存期相关

首先检查了临床NSCLC样本中的PHGDH表达。Western blot分析显示，肿瘤组织中的PHGDH蛋白水平高于相应的ANT组织（图1A和B）。然后，使用IHC染色确认了PHGDH表达。相邻的非肿瘤组织显示弱或低PHGDH染色，而在肿瘤组织中观察到更强的PHGDH染色（图1C）。基于H评分的半定量分析显示，肿瘤组织中的PHGDH表达高于ANT组织

讨论

癌细胞通常依赖于改变的代谢程序来支持持续生长、侵袭和适应变化的条件[27]，[28]，[29]。这些代谢状态不仅由酶活性决定，还由协调代谢酶表达的转录程序决定[30]，[31]。然而，NSCLC中关键代谢酶表达失调的转录事件尚未完全明确。在这里，我们显示PHGDH与……相关

结论

总之，NSCLC组织中的PHGDH水平升高，支持肿瘤细胞的增殖、迁移、球形细胞形成和异种移植生长。PHGDH的调控改变了细胞内的丝氨酸和甘氨酸水平、氧化还原状态以及细胞生物能量反应。l-丝氨酸补充剂和PHGDH抑制剂进一步支持了代谢对球形细胞形成的贡献。Sp1占据PHGDH启动子区域并增加了其转录，而PHGDH敲低部分地……

人类和生物材料

本研究包括器官或组织捐赠者。

本研究包括人类生物材料，捐赠者或其直系亲属或法定代理人已同意将这些材料用于本研究并发表文章。该研究中使用的样本不是来自被执行的囚犯或良心囚犯。

人类研究

本研究符合研究所在地的相关法律、监管框架和指南。

本研究已获得广州中医药大学第一附属医院的伦理委员会批准（批准编号：K-2026-026）。

CRediT作者贡献声明

刘珊：写作 – 审阅与编辑，原始草稿撰写，可视化，方法学研究，数据管理。张芳：写作 – 审阅与编辑，可视化，方法学研究，数据管理。卢新浩：写作 – 审阅与编辑，方法学研究，数据管理。黄家洋：写作 – 审阅与编辑，方法学研究，数据管理。罗嘉敏：写作 – 审阅与编辑，方法学研究，数据管理。夏欢：写作 – 审阅与……

知情同意和患者详细信息

已从所有参与者或其法定代表处获得参与研究和发表文章的书面知情同意。尊重参与者的隐私权。

出版同意

不适用。

伦理批准和参与同意

所有患者均提供了书面知情同意。该研究已获得广州中医药大学第一附属医院的伦理委员会批准（批准编号：K-2026-026），符合世界医学协会的《赫尔辛基宣言》（2000年）。所有程序均获得了广州中医药大学第一附属医院的机构动物护理和使用委员会批准（20240722025）。

资助

该研究得到了中国国家自然科学基金（82274598和82304979）、广东省教育厅（2023ZDZX2016）、广州市科学技术局青年项目（2024A04J4335）、广州中医药大学的校医院联合基金项目（GZYSE2024G02）以及广州市中医药重大科技创新项目（2025CX007）的资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

不适用。

刘珊|张芳|卢新浩|黄家洋|罗嘉敏|夏欢|窦燕|曾琪|杨天甜|陶楚伊|陈汉瑞|郭伟

广州中医药大学科学技术创新中心，中国广东510006