深圳子科生物報道：2019年6月28日，重慶醫(yī)科大學楊帆博士、李晶晶博士和鄧海君博士作為共同第一作者在歐洲分子生物學學會期刊《The EMBO Journal》發(fā)表了題為“GSTZ1-1 Deficiency Activates NRF2/IGF1R Axis in HCC via Accumulation of Oncometabolite Succinylacetone”的論文，汪凱博士、唐霓教授和黃愛龍教授系該論文共同通訊作者。該論文通過組學數(shù)據(jù)分析、質(zhì)譜鑒定和實驗驗證，首次完整地闡述了肝癌中GSTZ1缺失導致NRF2/IGF1R信號軸激活的分子機理。與此同時，作者提出了琥珀酰丙酮是一種新的致癌代謝物，其通過修飾KEAP1蛋白406位半胱氨酸上的巰基，激活NRF2/IGF1R信號軸，促進肝癌發(fā)生發(fā)展的新機制。上述研究首次鑒定了琥珀酰丙酮對KEAP1蛋白的翻譯后修飾，進一步加深了對苯丙氨酸/酪氨酸代謝異常在肝癌發(fā)生發(fā)展中的認識。
通過前期生物信息學分析，研究人員發(fā)現(xiàn)肝癌組織中多個代謝基因表達量顯著低于正常肝組織，其中包括GSTZ1基因編碼的谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶ζ1，是負責催化苯丙氨酸/酪氨酸分解代謝倒數(shù)第二步反應的關鍵酶，也稱為馬來酰乙酰乙酸異構(gòu)酶。該代謝通路中多種酶的突變與代謝性疾病有關，包括尿黑酸癥、苯丙酮尿癥和酪氨酸血癥等。其中I 型酪氨酸血癥由該通路倒數(shù)第一步反應的延胡索酰乙酰乙酸水解酶（FAH）突變引起，可導致肝硬化和肝癌的發(fā)生。而GSTZ1的異常低表達是否也參與肝癌的發(fā)生發(fā)展卻鮮有報道。
研究人員首先建立了GSTZ1基因敲除和過表達肝癌細胞模型、裸鼠皮下移植瘤模型、以及DEN誘導的GSTZ1基因敲除小鼠肝癌模型，證實了GSTZ1在肝癌中發(fā)揮抑癌基因的功能，回復GSTZ1基因表達能夠抑制肝癌細胞增殖和克隆形成。然后通過質(zhì)譜分析，檢測到GSTZ1基因缺失小鼠肝臟組織中苯丙氨酸/酪氨酸分解代謝產(chǎn)物琥珀酰丙酮堆積，并發(fā)現(xiàn)琥珀酰丙酮可以修飾KEAP1蛋白406位半胱氨酸上的巰基，從而激活NRF2，促進其核轉(zhuǎn)位。NRF2與SP1轉(zhuǎn)錄因子相互作用，促進后者與胰島素樣生長因子受體1（IGF1R）啟動子結(jié)合，上調(diào)IGF1R的表達，從而激活下游的抗凋亡信號通路。進一步研究發(fā)現(xiàn)，NRF2抑制劑鴉膽子苦醇（Brusatol）及IGF1R抑制劑鬼臼苦素（Picropodophyllin）可以促進肝癌細胞的凋亡，抑制GSTZ1基因敲除小鼠肝癌的生長和腫瘤結(jié)節(jié)形成。
細胞穩(wěn)態(tài)主要由細胞代謝與信號轉(zhuǎn)導途徑共同維持。近年來研究發(fā)現(xiàn)，一些內(nèi)源性代謝物可以與蛋白質(zhì)形成功能性的共價修飾，參與細胞功能的調(diào)節(jié)。例如糖代謝過程中的代謝物富馬酸（延胡索酸）、衣康酸和丙酮醛等，可選擇性地修飾 KEAP1蛋白上的半胱氨酸殘基，并激活NRF2信號通路。本研究首次發(fā)現(xiàn)苯丙氨酸/酪氨酸分解代謝產(chǎn)物琥珀酰丙酮可以修飾KEAP1蛋白上的406位半胱氨酸殘基，從而激活NRF2。而NTBC [2-(2-硝基-4-三氟甲基苯甲?；?-環(huán)己烷-1,3-二酮]能夠抑制苯丙氨酸/酪氨酸分解代謝通路中4-對羥基苯丙酮酸雙氧化酶（4-HPPD)的活性，從而阻斷該代謝通路異常造成的促腫瘤效應。這一發(fā)現(xiàn)不僅證實了KEAP1的406位半胱氨酸殘基能夠感知細胞內(nèi)源代謝物，參與NRF2/IGF1R信號軸的調(diào)控，還為肝癌中IGF1R 信號通路的過度活化提供了新的見解，并提出了潛在的治療策略。
琥珀酰丙酮烷基化修飾KEAP1蛋白的鑒定工作，得到了合作單位軍事醫(yī)學研究院生命組學研究所徐平研究員團隊的幫助。該成果由國家自然科學基金、國家科技重大專項、重慶市科技創(chuàng)新領軍人才計劃、重慶市高校創(chuàng)新團隊等項目資助。
原文標題：
GSTZ1-1 Deficiency Activates NRF2/IGF1R Axis in HCC via Accumulation of Oncometabolite Succinylacetone
 https://www.embopress.org/doi/10.15252/embj.2019101964