Nat Cell Biol | 陈航姿团队揭示柠檬酸循环限速酶OGDH调控NRF2翻译抑制黑色素瘤细胞双硫死亡

　　

肿瘤细胞的快速增殖高度依赖葡萄糖。然而，实体瘤内部的葡萄糖浓度显著低于周围非肿瘤组织，因此适应营养匮乏环境对肿瘤的发生发展至关重要¹。双硫死亡（disulfidptosis）是近期发现的一种氧化还原依赖性的细胞死亡方式²。在葡萄糖饥饿条件下，还原力NADPH的耗竭加剧了细胞内二硫化物应激（disulfide stress），诱导肌动蛋白细胞骨架相关蛋白发生过度二硫键交联，导致细胞骨架坍缩，最终诱发双硫死亡。已有报道指出，WAVE复合物介导的片状伪足形成可促进双硫死亡，而NRF2-TrxR1抗氧化轴以及内质网应激则可抑制该过程³。然而，肿瘤细胞如何调控该通路逃避二硫化物应激以及双硫死亡的分子机制尚不明确。

近日，陈航姿教授团队在Nature Cell Biology杂志在线发表了题为“The mitochondrial enzyme OGDH defends against disulfidptosis by licensing METTL3-regulated NRF2 translation”的研究论文。该研究揭示，柠檬酸循环限速酶OGDH在葡萄糖饥饿条件下，通过其代谢产物琥珀酰辅酶A介导METTL3的琥珀酰化修饰，增强METTL3作为m?A阅读器对NRF2 mRNA编码区m?A修饰的识别能力，进而促进NRF2翻译，上调TrxR1表达，从而帮助黑色素瘤细胞抵抗葡萄糖饥饿引发的双硫死亡。据此，研究提出了HSPA9-OGDH-METTL3-NRF2轴在黑色素瘤适应葡萄糖匮乏环境中的关键作用。

在葡萄糖饥饿条件下，癌细胞无法依赖糖酵解途径持续供能。研究人员推测，柠檬酸循环中的代谢酶可能有助于癌细胞适应葡萄糖匮乏环境。通过对柠檬酸循环关键酶进行系统性敲低，他们发现仅敲低α-酮戊二酸脱氢酶复合体（OGDHC）的组分OGDH或DLST，即可显著抑制葡萄糖饥饿条件下黑色素瘤细胞的存活。进一步实验表明，在葡萄糖饥饿条件下，OGDH缺失导致细胞内NADPH耗竭、GSSG/GSH比例失调、胱氨酸累积以及肌动蛋白细胞骨架相关蛋白的二硫键交联和细胞骨架坍缩。上述表型可被二硫化物还原剂（NAC、TCEP、DTT）逆转，但不受ROS清除剂或凋亡、坏死、铁死亡等细胞死亡抑制剂的影响，提示OGDH在抵抗葡萄糖饥饿诱导的双硫死亡中发挥关键作用。

双硫死亡的发生高度依赖于细胞内氧化还原稳态的失衡。前期研究已表明，NRF2及其下游靶基因TrxR1是拮抗二硫键应激的关键防御因子。为探究OGDH的下游分子机制，研究人员通过RNA测序和GSEA分析发现，在葡萄糖饥饿条件下，OGDH缺失阻断了NRF2调控的抗氧化通路。葡萄糖饥饿可诱导NRF2蛋白水平以及下游靶蛋白TrxR1和HO1表达上调，这一过程依赖于OGDH的酶活性。进一步的实验显示，在葡萄糖饥饿条件下，OGDH对NRF2的调控不依赖于经典的KEAP1介导的泛素化降解途径，且NRF2 mRNA水平未发生改变，提示OGDH可能在翻译水平调控NRF2。多聚核糖体图谱分析（polysome profiling）证实，葡萄糖饥饿条件下OGDH缺失增加了单核糖体组分中的NRF2 mRNA水平，减少了其与多核糖体的结合，表明OGDH缺失确实导致NRF2翻译受阻。

mRNA上的m?A修饰可调控蛋白质翻译。研究人员发现NRF2 mRNA存在m?A修饰。通过对m?A相关蛋白进行系统性敲低筛选，发现敲除METTL3可抑制葡萄糖饥饿条件下NRF2蛋白的表达。令人意外的是，METTL3的甲基转移酶活性并不影响NRF2的翻译和表达；相反，METTL3以非经典的m?A阅读器功能识别NRF2 mRNA上的m?A修饰，通过促进其与翻译起始因子eIF3B的结合来推动NRF2蛋白的翻译。而OGDH催化生成的琥珀酰辅酶A可作为代谢信号，介导METTL3发生琥珀酰化修饰，该修饰是METTL3发挥m?A阅读器功能的必要前提。进一步研究发现，随着葡萄糖饥饿时间的延长，OGDH可发生氧化修饰，其酶活性呈时间依赖性下降，并伴随细胞内琥珀酰辅酶A水平的降低。而分子伴侣HSPA9能够充当OGDH的“分子保镖”，特异性识别并结合OGDH，有效保护其免受葡萄糖饥饿引起的氧化失活，从而维持OGDH的活性与功能，促进黑色素瘤细胞抵抗双硫死亡。

基于上述机制，研究人员进一步评估了该通路在体内的治疗潜力。在小鼠黑色素瘤异种移植模型中，干扰HSPA9-OGDH-METTL3-NRF2轴的各个节点均能显著抑制肿瘤生长。单独使用GLUT抑制剂（BAY-876）抑制葡萄糖摄取，或使用HSPA9活性抑制剂（MKT-077），均可抑制肿瘤生长，而二者联合干预表现出显著的协同抑制效应。此外，在模拟禁食的饮食干预条件下，靶向抑制HSPA9同样能显著抑制肿瘤生长。临床黑色素瘤样本的单细胞测序分析进一步证实，HSPA9和OGDH的表达与双硫死亡特征基因呈负相关。生存分析显示，OGDH与HSPA9的高表达与患者不良预后密切相关。

综上所述，该研究揭示了一种全新的代谢-表观翻译调控机制：在葡萄糖匮乏条件下，黑色素瘤细胞通过分子伴侣HSPA9保护OGDH免受氧化失活；OGDH生成的代谢物琥珀酰辅酶A驱动METTL3发生琥珀酰化修饰，使其作为m?A阅读器识别NRF2 mRNA上的m?A修饰，进而促进NRF2翻译以维持氧化还原稳态，抵御双硫死亡。这一发现阐明了肿瘤细胞适应代谢应激环境的关键机制，并为靶向肿瘤代谢脆弱性的临床干预提供了潜在的新靶点。

我院陈航姿教授为该论文的通讯作者，博士生陈晓燕、徐柯钧、周佳欣和吴流政为共同第一作者。该研究工作获得了国家自然科学基金联合基金项目、面上项目等资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41556-026-02042-3

（图/文 陈航姿团队）