《Cellular & Molecular Biology Letters》：Etoposide-induced protein 2.4 homolog promotes argininosuccinate synthase 1 and cancer cell survival upon arginine deprivation
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在癌癥研究領域，精氨酸剝奪療法對部分癌癥療效不一，癌細胞產生耐藥性的機制尚不明確，且 EI24 在癌癥代謝尤其是精氨酸代謝中的作用未知。研究人員開展了 EI24 在精氨酸剝奪條件下對癌細胞影響的研究，發現 EI24 能促進 ASS1 表達和癌細胞存活，為癌癥代謝研究提供新思路。
在癌癥的 “戰場” 上，癌細胞就像一群狡猾的 “敵人”，它們有著獨特的生存策略。為了滿足自身快速生長和擴散的需求，癌細胞會巧妙地改變代謝方式，利用各種營養物質。其中，精氨酸在癌細胞的代謝過程中扮演著重要角色。一方面，精氨酸參與尿素循環，還能作為多胺和一氧化氮（NO）的前體，對癌細胞的侵襲有著促進作用。因此，通過剝奪癌細胞的精氨酸來抑制其生長，成為了一種備受關注的癌癥治療策略，目前正處于多種癌癥的臨床試驗階段。然而，令人困擾的是，腫瘤細胞似乎學會了 “反抗”，對這種治療產生了耐藥性，但其背后的分子機制卻如同迷霧，一直未被清晰揭示。
與此同時，一種名為依托泊苷誘導蛋白 2.4 同源物（EI24）的蛋白質，雖然已被發現與細胞凋亡、自噬等過程有關，但它在癌癥代謝中的作用，特別是在精氨酸代謝方面，仍是一個未解之謎。在這樣的背景下，來自韓國延世大學（Yonsei University）等機構的研究人員，決心揭開這些謎團，開展了一系列深入研究。
研究人員通過一系列實驗，得出了令人矚目的結論。他們發現，EI24 在精氨酸匱乏的情況下，能夠顯著促進癌細胞的存活。具體來說，EI24 可以通過誘導磷酸酶和張力蛋白同源物（PTEN）的非活性 S - 亞硝基化形式，激活磷酸肌醇 3 - 激酶（PI3K）/ 蛋白激酶 B（AKT）信號軸，從而促進精氨琥珀酸合酶 1（ASS1）的翻譯。這一發現揭示了一種全新的機制，表明 EI24 在癌癥對精氨酸剝奪的抵抗中發揮著關鍵作用。而且，這種促進癌細胞存活的作用在多種 ASS1 缺陷型癌細胞中都能觀察到，并且與 p53 的狀態無關。此外，研究還發現，EI24 的表達與精氨酸代謝途徑的富集以及癌癥患者的不良預后相關。
這些研究成果意義重大，為深入理解癌癥代謝以及開發更有效的癌癥治療策略開辟了新的方向。該研究成果發表在《Cellular & Molecular Biology Letters》雜志上。
研究人員為開展這項研究，運用了多種關鍵技術方法。在細胞實驗方面，利用多西環素誘導系統或腺病毒轉導來過表達 EI24，通過小干擾 RNA（siRNA）敲低 EI24；采用氨基酸剝奪培養基培養細胞，進行細胞活力測定、劃痕實驗等。在分子檢測層面，運用蛋白質免疫印跡（western blot）和免疫共沉淀（co - IP）技術檢測蛋白表達與激活情況；借助定量聚合酶鏈反應（qPCR）分析基因表達；通過多聚核糖體分離分析和表面翻譯檢測（SUnSET）實驗評估蛋白質翻譯水平。此外，還從公共癌癥數據集中獲取數據進行生物信息學分析，包括基因集富集分析（GSEA）、生存分析等。
下面來看具體的研究結果：
- EI24 在 ASS1 缺陷型乳腺癌細胞中增加 ASS1 表達：研究人員對不同亞型的乳腺癌細胞進行氨基酸缺失實驗，發現精氨酸對 MDA - MB - 231 等侵襲性較強的癌細胞的存活至關重要。MDA - MB - 231 和 Hs 578T 等細胞天然缺乏精氨酸合成酶 ASS1，但精氨酸利用酶水平較高，依賴外源性精氨酸。過表達 EI24 能提高這些細胞在精氨酸剝奪條件下的存活率，延長 ASS1 的瞬時回升時間，增加其酶活性，且在高 EI24 表達的 Hs 578T 細胞中效果更明顯。通過分析公共數據集，發現高 EI24 表達的乳腺癌組織中精氨酸水平較高，EI24 與精氨酸和脯氨酸代謝途徑富集相關12。
- EI24 調節 ASS1 的蛋白質合成：qPCR 分析表明，EI24 是通過轉錄后過程調節 ASS1 表達。蛋白質翻譯抑制劑環己酰亞胺（CHX）可減弱 ASS1 在精氨酸剝奪后的出現，而蛋白酶體抑制劑 MG - 132 和自噬抑制劑巴弗洛霉素 A1（Baf）則無此作用，說明 ASS1 主要受蛋白質翻譯調控。SUnSET 實驗和共沉淀分析顯示，EI24 能維持核糖體 S6 蛋白的磷酸化并促進其與核糖體的結合，增強 ASS1 的翻譯。多聚核糖體分離分析表明，EI24 特異性增加 ASS1 的翻譯，且 ASS1 的翻譯依賴于 PI3K/AKT 通路34。
- PI3K/AKT 調節 ASS1 翻譯是通過 NO 調節的 PTEN 亞硝基化實現：精氨酸是 NO 的來源，精氨酸剝奪會降低癌細胞中代表 NO 產生的亞硝酸鹽含量，而 EI24 可恢復這一含量。NO 供體 DETA NONOate 能增加 pAKT 和 ASS1 的表達與翻譯，抑制 NO 產生的 L - 硝基精氨酸甲酯（L - NAME）則會抑制這些過程，導致細胞死亡。生物素開關實驗顯示，EI24 可通過 NO 依賴的方式恢復精氨酸剝奪導致的 S - 亞硝基化 PTEN 減少，表明 EI24 通過調節 PTEN 的亞硝基化激活 PI3K/AKT 通路，進而調節 ASS1 翻譯56。
- 精氨酸在乳腺癌多胺合成中起關鍵作用：qPCR 數據顯示，精氨酸缺失時，多胺合成酶 ODC1 的 mRNA 表達顯著增加，而其他相關酶無明顯變化。補充多胺（如亞精胺）可挽救精氨酸剝奪導致的細胞活力和侵襲能力下降，且多胺處理可使精氨酸剝奪誘導的 ASS1 表達恢復到基線水平，抑制多胺合成則會上調 ASS1 mRNA 水平，說明癌細胞會根據多胺的可用性調節精氨酸合成78。
- EI24 在多種 ASS1 缺陷型癌癥中增強 ASS1 表達，且不依賴 p53 作為 ASS1 的轉錄因子：研究發現，雖然 p53 野生型細胞中 ASS1 水平較高，但轉染不同 p53 質粒到 p53 缺失的 H1299 肺癌細胞中，以及在 p53 野生型的 MCF7 細胞和 p53 突變的 MDA - MB - 231 細胞中進行相關處理，均表明 p53 對 ASS1 表達影響不大。而 c - MYC 的小分子抑制劑 10074 - G5 可抑制 MDA - MB - 231 細胞中 ASS1 的轉錄。在腎細胞癌（RCC）和肺腺癌（LUAD）的部分細胞系中，EI24 同樣能通過增強 ASS1 表達延長癌細胞在精氨酸剝奪條件下的存活時間。此外，EI24 和 ASS1 在多種癌癥中均顯示出不良的預后價值910。
綜合研究結論和討論部分，這項研究首次揭示了 EI24 在促進癌細胞存活方面的新功能，即通過對代謝酶 ASS1 的翻譯調控來實現。這不僅為理解癌癥代謝提供了新的視角，也為克服精氨酸剝奪療法的耐藥性提供了潛在的治療靶點。然而，EI24 在其他應激條件下對癌細胞的影響以及 ASS1 激活的更多機制仍有待進一步研究。未來的研究可以圍繞這些方向展開，有望為癌癥治療帶來新的突破。
