腫瘤應激的多面手：谷氨酸脫氫酶1（GLUD1）

段海波 劉雨航 王雄軍

作者單位：510091 廣州 廣州大學精準編輯與健康研究中心

癌癥是全世界的一個主要死因，給醫(yī)療保健系統(tǒng)和全球經(jīng)濟帶來了沉重的負擔。根據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構（IARC）發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020 年全球新增癌癥病例約1 930 萬例、死亡人數(shù)約1 000 萬人［1］。腫瘤的發(fā)生和發(fā)展是一個非常復雜的過程，目前臨床上的治療方案主要有手術、放療、化療、靶向治療以及免疫治療。腫瘤治療效果與其分期和癌種有關，因此在已有治療方案的基礎上，尋找或開發(fā)普適性高、抑癌效果好的藥物尤為重要。谷氨酸脫氫酶1（glutamate dehydrogenase 1，GLUD1）是谷氨酸代謝途徑的脫氫酶，是連接氨基酸代謝和糖代謝兩大關鍵代謝途徑的樞紐，在許多不同類型的腫瘤細胞中高表達。越來越多的研究表明，GLUD1 與腫瘤增殖、遷移以及在不良環(huán)境脅迫下的應激水平有重要關聯(lián)。本文通過回溯GLUD1 的研究歷史，就GLUD1 代謝酶在腫瘤應激的系列研究等方面展開綜述。

1 GLUD1的生物學功能和結(jié)構

1.1 GLUD1介導的酶學反應

GLUD1介導的核心生化反應如圖1所示。GLUD1是利用煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）或煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）作為輔因子，可逆地催化L-谷氨酸（Glu）氧化脫氫生成α-酮戊二酸（α-KG）和氨的一種酶［2］。GLUD1結(jié)合NAD+或NADP+和谷氨酸，催化谷氨酸氧化脫氨形成GLUD1·NAD（P）+·α-KG 的過渡態(tài)復合物，在低谷氨酸濃度下，過渡態(tài)復合物迅速分解，釋放NAD（P）+和α-KG，GLUD1可以重新結(jié)合底物開始下一輪催化；在高谷氨酸濃度下，過渡態(tài)復合物中的α-KG 被谷氨酸取代形成GLUD1·NAD（P）+·Glu 復合物，該復合物釋放NAD（P）+和谷氨酸的速度極為緩慢，ADP 和GDP 通過減弱對GLUD1·NAD（P）+·Glu 復合物的結(jié)合親和力，促進NAD（P）+和谷氨酸釋放從而加快GLUD1的循環(huán)；相反，GTP和ATP通過增加結(jié)合親和力，抑制NAD（P）+和谷氨酸釋放從而減弱GLUD1 的循環(huán)［3］。精氨酸、谷氨酰胺、組氨酸和脯氨酸通過一系列反應轉(zhuǎn)化為谷氨酸，它們的碳骨架在GLUD1的作用下以α-酮戊二酸的形式進入三羧酸循環(huán)，因此GLUD1在補充三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物方面有重要作用［3］。

圖1 GLUD1酶學反應式Fig.1 GLUD1 enzymatic reaction equation

因GLUD1催化反應的可逆性，GLUD1既可以生產(chǎn)氨，也可以消耗氨，因此在氮代謝中也有重要作用。在高氨條件下，GLUD1對氨具有高親和力，是主要的氨同化酶; 但在高葡萄糖條件下，即使氨濃度很高，超過85%的氨也會被谷氨酰胺合成酶（GS）/谷氨酸合成酶（GOGAT）同化。因為葡萄糖促進GS 的乙酰化和腺苷化，從而激活GS 的酶活性，同時誘導GLUD1乙?；璧K其催化中心使GLUD1 失活，GS 和GLUD1 在體內(nèi)的氨同化，同時受到氮源和碳源信號的調(diào)控，氮與三羧酸循環(huán)中間體α-KG 結(jié)合生成谷氨酸是氨同化的關鍵步驟，可以直接通過GLUD1 或間接通過GOGAT 催化的谷氨酰胺產(chǎn)生所有的細胞含氮成分［4］。

1.2 GLUD1的定位和結(jié)構

GLUD1基因含有13 個外顯子和12 個內(nèi)含子，位于人類第10 條染色體上并廣泛表達，被認為是“管家”基因［5］。GLUD1 在基因組上的定位如圖2 所示。GLUD1 蛋白亞細胞定位于線粒體，部分位于細胞質(zhì)。1938 年，VON EULER 和DEWAN 分別在肝臟的粗制劑中發(fā)現(xiàn)谷氨酸脫氫酶催化α-KG可逆還原氨化為谷氨酸［6］。隨著蛋白純化技術的發(fā)展，可以通過一系列的提取、純化獲得GLUD1 蛋白晶體。這些蛋白晶體可以用來測定GLUD1 蛋白作為酶的各種性質(zhì)以及解析蛋白的結(jié)構。早期對于GLUD1 在酶學方面的研究，主要利用NADH 在260 nm 和340 nm 處各有一吸收峰，而NAD 只有260 nm 處有吸收峰的性質(zhì)，以此區(qū)別兩者。通過分光光度計測定反應體系中產(chǎn)物的含量，獲得其在不同條件下的米氏常數(shù)Km 值等各種酶學參數(shù)。GLUD1 的蛋白晶體還可以通過X 射線解析結(jié)構，確定酶對底物或調(diào)節(jié)性輔因子的結(jié)合位點。

圖2 GLUD家族編碼基因在基因組中的定位Fig.2 GLUD localization of family coding genes in the genome

人的GLUD1 蛋白是一個同源六聚體［7］，基本上由兩個三聚體組成，每個亞單位由大約500 個氨基酸殘基組成，并由以下3 個結(jié)構域組成：位于二聚體界面附近的六聚體核心、NAD 結(jié)合域和哺乳動物酶的調(diào)節(jié)區(qū)。調(diào)節(jié)區(qū)由50 個殘基的天線構成，位于NAD結(jié)合域的上方。來自每個亞基的天線緊緊地位于相鄰的、逆時針方向的三聚體相鄰的后面。由于這些纏繞的天線只存在于動物和受別構調(diào)節(jié)的纖毛蟲中，因此推測其可能發(fā)揮了重要作用［3］。GLUD1 的結(jié)構示意圖如圖3所示。

圖3 GLUD1結(jié)構示意圖［3］Fig.3 GLUD1 structural representation［3］

2 GLUD1在腫瘤應激中的作用

正常細胞可以通過多種途徑轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒约毎?，包括抵抗細胞死亡信號、獨立于外部生長信號、具備促進血管生成的能力、避免免疫系統(tǒng)的破壞，以及獲取具有侵襲性特質(zhì)而在適合的微環(huán)境中形成遠處轉(zhuǎn)移灶等。在腫瘤發(fā)生發(fā)展的關鍵時期，腫瘤應激可能會產(chǎn)生重要的影響［8］。GLUD1 在處理腫瘤應激反應方面扮演著復雜的角色。眾所周知，兩種主要的營養(yǎng)物質(zhì)，即葡萄糖和谷氨酰胺，在哺乳動物細胞中發(fā)揮著關鍵作用。然而，在腫瘤微環(huán)境中，由于腫瘤細胞的快速增殖和高度代謝活性，常常出現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)不足的情況。在葡萄糖匱乏時，腫瘤細胞通過高表達GLUD1來加速其對葡萄糖的攝取和糖酵解，使其能在低葡萄糖環(huán)境中存活。而在氨基酸被剝奪時，GLUD1會從核糖體轉(zhuǎn)運到胞質(zhì)并被降解，進而抑制核糖體蛋白的表達以保存營養(yǎng)，這有助于腫瘤細胞的生存。此外，在腫瘤微環(huán)境中常常出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象，GLUD1的存在可以保持氧化還原穩(wěn)態(tài)，并通過穩(wěn)定HIF1α適應缺氧應激，確保腫瘤細胞在缺氧條件下的存活和增殖。GLUD1 還可催化還原性氨化反應以吸收氨合成氨基酸，從而推動腫瘤細胞的增殖。總的來說，GLUD1 通過多種方式緩解應激帶來的生存壓力，促進腫瘤細胞的存活，如圖4 所示。此外，GLUD1 抑制劑在處理腫瘤細胞時，能夠有效地抑制其增殖能力，在體內(nèi)和體外的聯(lián)合用藥實驗中均顯示出良好的效果，甚至可以使用GLUD1 抑制劑處理模擬谷氨酰胺剝奪的情況，這些都進一步證實了GLUD1 在腫瘤發(fā)展過程中的重要作用，以及使用GLUD1 抑制劑作為抗癌藥物的可能性。

圖4 GLUD1在腫瘤應激反應中的多維作用Fig.4 GLUD1 multidimensional role in tumor stress response

2.1 膠質(zhì)母細胞瘤

膠質(zhì)母細胞瘤是人類最常見的原發(fā)性惡性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，約占所有膠質(zhì)瘤的57%和所有原發(fā)性惡性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的48%，是侵襲能力最強的膠質(zhì)瘤［9-10］。膠質(zhì)母細胞瘤總體生存期短，長期生存患者罕見，目前還沒有較為有效的治療方案，主要原因是其惡性程度高、進展快以及復發(fā)率高。目前膠質(zhì)母細胞瘤主要的治療方案是手術切除或診斷性活檢，再輔以放化療治療，然而大多數(shù)患者還是在1～2 年內(nèi)死亡［9］。WANG 等［11］發(fā)現(xiàn)在人膠質(zhì)母細胞瘤細胞U87或U251中，經(jīng)低葡萄糖濃度處理后，S384磷酸化的胞質(zhì)GLUD1可與RelA和IKKβ相互作用，激活NF-κB上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白GLUT1的表達，從而增強葡萄糖攝取和糖酵解，促進低糖條件下U87 和U251 細胞的存活；此外，GLUD1產(chǎn)生的α-KG可直接激活IKKβ和NFκB信號，上調(diào)GLUT1，促進低糖條件下U87和U251細胞的葡萄糖攝取和存活。該研究成果解釋了在低葡萄糖條件下，沉默GLUD1 的U87 和U251 細胞生存能力弱，補充α-KG 到正常水平后，只能恢復部分生存能力的現(xiàn)象。YANG 等［12］研究表明，在人膠質(zhì)母細胞瘤細胞LN229 或U251 中，表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）誘導表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）激活，導致絲裂原活化的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1（mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase 1，MEK1）和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular regulated protein kinases 1/2，ERK1/2）激活，從而使轉(zhuǎn)錄因子ELK1 磷酸化增強。磷酸化的ELK1 轉(zhuǎn)入細胞核并與GLUD1 的啟動子結(jié)合，導致GLUD1 的轉(zhuǎn)錄激活和谷氨酰氨分解增加。該研究同時指出GLUD1 的下調(diào)抑制了膠質(zhì)母細胞瘤細胞的增殖和膠質(zhì)母細胞瘤生長，但回補甲基化α-KG 顯著恢復了沉默GLUD1 的膠質(zhì)母細胞瘤細胞的增殖能力。以上研究表明，GLUD1在膠質(zhì)母細胞瘤中可以使細胞加快葡萄糖攝取、增強糖酵解和耐受低葡萄糖環(huán)境；而在敲低GLUD1 后，膠質(zhì)母細胞瘤細胞的增殖被抑制，耐受低葡萄糖環(huán)境的能力減弱。

2.2 胰腺癌

胰腺癌素有“癌癥之王”的稱號，是預后較差的腫瘤之一，發(fā)病隱匿，具有高度侵襲性和轉(zhuǎn)移性，5 年生存率僅為11%［13］。胰腺癌由于發(fā)病隱匿，缺乏早期診斷生物標志物，所以大多數(shù)患者確診時已處于晚期，而且胰腺癌對放化療具有耐受性，對免疫治療也不敏感，導致治療效果不佳，預后極差［14-16］。胰腺癌的病因及發(fā)病機制目前尚未完全明確。在胰腺細胞中，GLUD1 參與調(diào)節(jié)胰島素分泌，尤其是氨基酸刺激的胰島素分泌，同時也參與其營養(yǎng)代謝。TANIZAWA等［17］報道了Y266C突變的GLUD1基本上對GTP抑制或ADP 激活不敏感，在胰島素瘤細胞系MIN6 中過表達GLUD1-Y266C，單獨使用谷氨酰氨能刺激胰島素分泌。HE 等［18］發(fā)現(xiàn)在高表達XLOC_006390 的胰腺癌細胞CFPAC-1 和BxPC-3 中，XLOC_006390 可通過阻止c-Myc 泛素化從而穩(wěn)定c-Myc；而c-Myc 可靶向GLUD1 啟動子并上調(diào)GLUD1 的表達，從而促進α-KG產(chǎn)生，過量的α-KG補充了三羧酸循環(huán)，最終促進腫瘤細胞增殖。通過這些研究可以發(fā)現(xiàn)，Y266C 突變的GLUD1 在分泌胰島素方面對氨基酸刺激更敏感；在胰腺癌細胞中，GLUD1 可以產(chǎn)生α-KG 以補充三羧酸循環(huán)，從而促進腫瘤進展。

2.3 肺癌

肺癌是全球范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率都居于第一的惡性腫瘤，絕大多數(shù)肺癌起源于支氣管黏膜上皮，可以向四周乃至全身擴散。早期肺癌難以發(fā)現(xiàn)，大約70%的患者確診后已是晚期，5 年生存率約為16%［19］。肺癌可分為兩大組織學亞型，即小細胞肺癌和非小細胞肺癌，其中80%～85%的肺癌病例是非小細胞肺癌［20］。臨床上這種劃分對治療方案的選擇至關重要，小細胞肺癌患者主要采用化學療法，外科治療主要適用于非小細胞肺癌患者［21］。JIN 等［22］發(fā)現(xiàn)在肝激酶（liver kinase B1，LKB1）缺失的肺癌細胞中，GLUD1的產(chǎn)物α-KG通過增強其底物腺苷酸（adenosine monophosphate，AMP）依賴的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）與鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶激酶2（calcium/calmodulin dependent protein kinase kinase 2，CamKK2）的結(jié)合來激活CamKK2，促進能量產(chǎn)生，獲得抗氧化性，敲除GLUD1基因不僅減弱了肺癌細胞生長，而且使肺癌細胞對失巢凋亡更加敏感，同時抑制轉(zhuǎn)移。WANG 等［23］研究發(fā)現(xiàn)GLUD1 介導α-KG 的產(chǎn)生會伴隨活性氧（reactive oxygen species ，ROS）積累，通過誘導鋅指轉(zhuǎn)錄因子促進肺癌細胞遷移和侵襲。該研究還發(fā)現(xiàn)過表達GLUD1 的肺癌細胞表現(xiàn)出更強的多西他賽（docetaxel）耐受能力以及更強的轉(zhuǎn)移和遷移能力，但是這些都在沉默GLUD1后被抑制，而在回補α-KG后又抵消了沉默GLUD1 帶來的抑制作用。KANG 等［24］報道了EGFR 與GLUD1 共定位于線粒體，EGFR 使GLUD1的Y135磷酸化，從而激活GLUD1，并與P90核糖體S6 激酶2（ribosomal S6 kinase 2，RSK2）一起通過鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅳ（calcium/calmodulin -dependent protein kinase Ⅳ，CaMKIV）信號增強環(huán)磷酸腺苷響應元件結(jié)合蛋白（cycle-AMP response binding protein，CREB）活性，從而促進轉(zhuǎn)移；共同抑制RSK2和GLUD1可導致腫瘤內(nèi)CD8+T細胞浸潤增強。上述研究表明，在肺癌細胞中GLUD1介導產(chǎn)生的α-KG可以促進能量產(chǎn)生，增強抗氧化和遷移，增強多西他賽的耐受能力；相反，在GLUD1被敲低后，這些能力會大幅下調(diào)。

2.4 乳腺癌

乳腺癌是女性中最常見的惡性腫瘤，其發(fā)病率在世界范圍內(nèi)逐年上升。根據(jù)國際癌癥研究機構的數(shù)據(jù)，乳腺癌在全球范圍內(nèi)比肺癌更常見，到2040 年，乳腺癌死亡率將上升50%［25］。在我國，乳腺癌是女性第一高發(fā)惡性腫瘤，平均診斷年齡為49 歲，比西方國家提前5～10歲，由于該疾病具有很強的異質(zhì)性、易轉(zhuǎn)移和治療耐藥性等特點，所以該領域的研究仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，耐藥性的機制是目前研究的一個主要焦點［26-28］。SPINELLI 等［29］發(fā)現(xiàn)乳腺癌細胞主要通過GLUD 催化的還原性氨化反應吸收氨，氨的代謝循環(huán)加速可以促進乳腺癌細胞增殖；在小鼠中，GLUD可以利用腫瘤微環(huán)境中積累的氨用于產(chǎn)生氨基酸。FARRIS 等［30］報道了GLUD1 在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的乳腺癌細胞中的表達上調(diào)，當細胞在葡萄糖匱乏的環(huán)境時，谷氨酰氨或谷氨酸可作為替代碳源使用，以及通過增加α-KG 減少ROS 誘導的線粒體損傷而增加氧化磷酸化能力，從而抵抗細胞凋亡。這表明GLUD1 在連接碳循環(huán)和氮循環(huán)方面有重要意義，且GLUD1 在乳腺癌細胞中也會促進耐受低葡萄糖能力和抵抗凋亡的能力。

2.5 結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌是全球第三大最常見的惡性腫瘤，總體發(fā)病率約為5%，5年生存率為40%～60%［31］。根據(jù)我國2020 年癌癥統(tǒng)計報告，結(jié)直腸癌發(fā)病率、死亡率在所有惡性腫瘤中分別位居第2 位和第5 位，由于結(jié)直腸癌患者早期癥狀不明顯且診斷準確率低，所以多數(shù)患者在確診時已屬于中晚期［32］。大多數(shù)結(jié)直腸癌是從異常的腺窩演變?yōu)槟[瘤前體病變（息肉），并最終發(fā)展為結(jié)直腸癌，目前的治療方案包括內(nèi)鏡和手術局部切除，術前降期放療和全身治療，局部和轉(zhuǎn)移性的進行廣泛手術，轉(zhuǎn)移灶的局部消融治療以及姑息性化療、靶向治療和免疫治療［33］。HU 等［34］發(fā)現(xiàn)在缺氧條件下，組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（p300）可募集GLUD1，促進GLUD1在K503和K527位點同時發(fā)生乙?；?，GLUD1在K527 位點的乙?；纱偈笹LUD1 錨定脯氨酸羥基化酶（EGLN1）/缺氧誘導因子1α（HIF1α）復合物；而GLUD1 在K503 位點的乙?；纱偈笹LUD1 利用α-KG 作為底物產(chǎn)生谷氨酸，降低了EGLN1/HIF1α復合物周圍/內(nèi)部的α-KG 濃度或損害了EGLN1 結(jié)合α-KG 的能力，這兩種作用都穩(wěn)定了HIF1α，從而使結(jié)直腸癌細胞耐受缺氧。WANG 等［35］研究發(fā)現(xiàn)過表達NAD+依賴性蛋白質(zhì)賴氨酸去?；福⊿IRT5），可導致GLUD1的K545去戊二?；せ睿珿LUD1以去谷氨?；蕾嚨姆绞酱龠M谷氨酰氨合成代謝，從而促進細胞增殖、存活和異種移植腫瘤生長。MIYO等［36］報道GLUD1在結(jié)直腸癌細胞系DLD1中的表達顯著升高，且DLD1對葡萄糖剝奪有較強的抵抗能力；敲減DLD1 細胞中的GLUD1后，其在葡萄糖剝奪條件下的增殖速度被顯著抑制；而上調(diào)GLUD1 和SLC25A13（SLC25A13 編碼線粒體天冬氨酸-谷氨酸載體）可以適應營養(yǎng)應激，保留三羧酸循環(huán)活性，有助于腫瘤侵襲，導致更差的預后。該研究結(jié)果與LIU 等［37］關于過表達GLUD1 促進了體外細胞增殖、遷移和侵襲的結(jié)論一致。以上研究表明，在結(jié)直腸癌細胞中，GLUD1 可以穩(wěn)定HIF1α 適應缺氧應激，也可以促進谷氨酰胺合成代謝以促進腫瘤進展，還增強代謝適應低葡萄糖應激。

2.6 肝癌

肝癌是指發(fā)生于肝臟或從肝臟開始的惡性腫瘤。通過發(fā)病部位的不同分為原發(fā)性肝癌和轉(zhuǎn)移性肝癌。原發(fā)性肝癌還可以細分，主要包括肝細胞癌、肝內(nèi)膽管癌和混合型肝細胞癌-膽管癌［38］。在我國，肝細胞癌是常見的惡性腫瘤，在上述三種類型中肝細胞癌占75%～85%，起病隱匿，易轉(zhuǎn)移，5 年生存率低，由于缺乏早期癥狀的診斷技術，大部分患者確診已是中晚期［39］。目前，肝癌的現(xiàn)有治療方法包括手術、器官移植和終末期患者特別是原發(fā)性肝癌患者的抗癌藥物治療［40］。MARSICO 等［41］研究發(fā)現(xiàn)，在肝癌細胞系HepG2 中沉默GLUD1，其增殖效率降低，激活了含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3/7（cysteine aspartatespecific proteases 3/7，caspases 3/7），并且有明顯的核形態(tài)學變化，B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，BCL2）mRNA 水平下降，線粒體膜電位明顯降低。沉默GLUD1基因影響了HepG2 的氧化還原穩(wěn)態(tài)并導致線粒體凋亡，這表明抑制GLUD1活性可以損害肝細胞癌細胞代謝重編程。ZHOU等［39］發(fā)現(xiàn)在葡萄糖充足的情況下，谷氨酸-草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶1（glutamic-oxaloacetic transaminase 1，GOT1）介導的生化途徑對肝細胞癌細胞的生長起主導作用，但在葡萄糖缺乏的情況下，GOT1的活性受到抑制，而GLUD1 介導的酶促反應被激活從而驅(qū)動三羧酸循環(huán)。該研究還報道，在低血糖的肝細胞癌組織中，GLUD1 和GOT1 的表達水平存在潛在的負相關，在葡萄糖剝奪下GOT1-GLUD1活性調(diào)控機制可能與腫瘤細胞在體內(nèi)存活有關。上述研究表明，在肝癌細胞中GLUD1 的沉默會影響氧化還原穩(wěn)態(tài)導致線粒體凋亡；當肝癌細胞面臨低葡萄糖應激時，GLUD1 會驅(qū)動三羧酸循環(huán)適應低葡萄糖環(huán)境。

2.7 腎癌

腎癌起源于腎小管上皮細胞，可發(fā)生于腎實質(zhì)的任何部位，是最常見的泌尿生殖系統(tǒng)惡性腫瘤，約占所有癌癥的2.2%，且發(fā)病率持續(xù)上升［42］。腎癌早期癥狀不明顯，一般只有在癌變組織變得較大或者轉(zhuǎn)移后，才有較明顯的癥狀，而且20%～40%的患者術后出現(xiàn)復發(fā)轉(zhuǎn)移［43］。同時，腎癌對常規(guī)放化療不敏感，但是目前的研究表明靶向藥物能使晚期腎癌患者獲得明顯的臨床獲益，給患者帶來了新的希望［44］。SHAO等［45］發(fā)現(xiàn)GLUD1缺失后可賦予腎透明細胞癌細胞對氨基酸剝奪的抗性；在營養(yǎng)充足的條件下，GLUD1 以依賴于其酶活性的方式維持驅(qū)動核糖體蛋白基因的表達。在氨基酸剝奪導致雷帕霉素靶蛋白抑制后，GLUD1 從線粒體轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)，通過E3 連接酶RNF213 降解，因為GLUD1 的降解，細胞內(nèi)α-KG 水平降低一半以上，并降低α-KG 依賴性賴氨酸去甲基化酶（lysine demethylases ，KDMs）的活性。KDMs活性降低可導致組蛋白H3賴氨酸第9和27位點甲基化增加，進一步抑制RP基因的表達并保存營養(yǎng)以支持細胞存活，避免了在特殊時期過度消耗ATP和營養(yǎng)物。該研究表明，當腎癌細胞面臨氨基酸剝奪時，GLUD1 從核糖體轉(zhuǎn)運到胞質(zhì)并被降解，進而抑制核糖體蛋白基因的表達以保存營養(yǎng)促進存活。

3 GLUD1抑制劑的應用

3.1 R162

R162是一種對GLUD1具有高效力和選擇性的嘌呤類似物，是GLUD1 的抑制劑，在體內(nèi)和體外都可以抑制GLUD1 而減緩腫瘤進展，且對人正常增殖細胞無明顯作用，同時能與其他抗癌藥物聯(lián)用增強抗癌效果。JIN 等［46］研究表明，R162 可直接與GLUD1 結(jié)合并抑制GLUD1 活性，R162 處理可導致肺癌細胞系H1299 和乳腺癌細胞系MDA-MB-231 胞內(nèi)的延胡索酸水平降低，谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）活性減弱，ROS水平升高，破壞氧化還原平衡，細胞增殖減少，回補α-KG或添加抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸可以顯著挽救細胞增殖，而且這些數(shù)據(jù)與在GLUD1 敲減細胞中觀察到的表型基本一致。該研究還發(fā)現(xiàn)，R162 在人類正常增殖細胞中沒有作用，包括人類角化細胞（Ha-CaT）、人類胎兒肺成纖維細胞（MRC-5）和人類包皮成纖維細胞（HFF）；R162 抑制GLUD1 使原發(fā)性白血病細胞活力下降，但不影響健康人類供者外周血樣本中單核細胞的細胞活力。這些數(shù)據(jù)表明，R162 在人類癌細胞中具有抗增殖潛力和最小的毒性，保證了對人正常增殖細胞的安全性。同時，該研究還測試了R162 在小鼠異種移植瘤模型的體內(nèi)治療效果，通過使用肺癌細胞系H1299 異種移植裸鼠進行體內(nèi)R162 處理，發(fā)現(xiàn)R162 治療顯著減緩了小鼠腫瘤生長。POLAT 等［47］使用R162 處理模擬谷氨酰氨剝奪，發(fā)現(xiàn)可引起NRF2 蛋白水平提高，其結(jié)果與谷氨酰氨剝奪效果類似。ZHU 等［48］研究表明，使用R162 可抑制人宮頸癌細胞株SiHa 和CaSki 增殖并促進細胞凋亡。SHI 等［49］發(fā)現(xiàn)在抗癌藥物羧酰氨三唑（CAI）處理的同時，用抑制劑R162 抑制GLUD1，或敲除結(jié)直腸癌細胞系HCT116 和C26 細胞中GLUD1 的表達，都會大幅增加細胞凋亡，單獨使用CAI 或R162 可輕微增加細胞內(nèi)ROS 的生成，而聯(lián)合使用則使ROS 生成明顯增加。該研究還在BALB/c 小鼠中注射C26 細胞，并在裸鼠中注射HCT116 細胞建立了異種移植腫瘤模型，同樣顯示單獨使用CAI 或R162 均能在一定程度上輕微抑制腫瘤生長，而且CAI 與R162 聯(lián)合治療可增加腫瘤微環(huán)境中細胞毒性CD8+T細胞的比例。

3.2 EGCG

EGCG（epigallocatechin-3-gallate）是綠茶中含量最高、活性最強的茶多酚單體，是綠茶中主要的活性和水溶性成分，具有很強的抗氧化活性、抗腫瘤能力和抗血管生成能力。EGCG 也是GLUD1 的一種抑制劑，可以抑制腫瘤細胞的生長、侵襲、遷移，促進腫瘤細胞凋亡。在膠質(zhì)母細胞瘤細胞中，YANG 等［50］發(fā)現(xiàn)EGCG 處理后GLUD1 水平明顯下調(diào)，EGCG 使葡萄糖剝奪細胞的谷氨酸脫氫酶活性減弱，促進細胞死亡，而α-KG的回補可挽救細胞活力，促進細胞存活。該研究還測試了在葡萄糖存在下，使用EGCG和限制葡萄糖擬似物2-脫氧葡萄糖（2-DG）共同處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EGCG的加入增強了2-DG 的促細胞死亡能力。PEETERS等［51］發(fā)現(xiàn)EGCG 對HCT116 野生型和HCT116 IDH1-R132H 突變細胞系的生長均有抑制作用；在高劑量的EGCG 下，EGCG 可增強HCT116 IDH1-R132H 細胞對放療的敏感性。也有研究［52］報道了EGCG對乳頭狀甲狀腺癌細胞FB-2和WRO的生長具有劑量依賴性抑制作用。該研究發(fā)現(xiàn)EGCG處理可導致細胞運動和遷移減少，E-cadherin表達增加，而且顯著增加p53蛋白和mRNA水平；EGCG 通過抑制MMPs 的活性，阻止腫瘤細胞向鄰近組織遷移，從而增加細胞與細胞之間的黏附。JIN等［53］通過體外和體內(nèi)的研究表明，EGCG 可抑制結(jié)直腸癌細胞增殖，誘導細胞凋亡。該研究報道經(jīng)EGCG處理后，重要的促癌基因HES1和Notch2的表達明顯受到抑制，說明EGCG可能通過抑制HES1和Notch2進而抑制結(jié)直腸癌。TANG 等［54］發(fā)現(xiàn)EGCG 可抑制STAT3 的表達和激活，增強Caspase-3 的活性，此外EGCG 還能抑制胰腺癌細胞的侵襲和遷移，也可抑制STAT3下游基因的表達，這些基因包括VEGF、CCND1和c-Myc等。TSANG等［55］報道了EGCG 處理肝癌HepG2細胞可誘導miR-16，并下調(diào)靶基因Bcl-2的表達，從而促進HepG2細胞凋亡。以上研究說明，EGCG對GLUD1在蛋白和mRNA層面均具有調(diào)控作用，其作用機制需要進一步深入研究，但是EGCG對腫瘤細胞的遏制作用已經(jīng)得到廣泛認可。

4 小結(jié)與展望

GLUD1作為管家基因在腫瘤細胞中普遍表達并且展現(xiàn)了在腫瘤應激方面的多面性。當腫瘤細胞面臨葡萄糖匱乏、低氨基酸和缺氧等環(huán)境壓力時，GLUD1 會通過各種機制緩解應激帶來的生存壓力，促進腫瘤細胞的存活。GLUD1 抑制劑在單獨處理腫瘤細胞時，往往能抑制其增殖能力，在體內(nèi)和體外的聯(lián)合用藥實驗中也都表現(xiàn)出較好的殺傷效果。因此，GLUD1 有望成為促癌標志物，GLUD1 抑制劑也有望成為新的治療靶點。GLUD1 是一個在眾多生物化學反應中發(fā)揮核心作用的關鍵酶，盡管其在腫瘤生物化學中的酶學特性已經(jīng)得到了一定程度的研究，但其在腫瘤細胞中調(diào)控網(wǎng)絡的復雜性和精細性的理解仍有待深入。今后進一步挖掘和闡明GLUD1 在腫瘤細胞內(nèi)的具體作用機制以及其與其他信號通路的交互影響，將可能揭示其在腫瘤生物學中所扮演的全新角色，從而提供新的治療靶點。同時，結(jié)合現(xiàn)有的臨床治療手段，還需要深入研究GLUD1 在腫瘤細胞面對應激生存過程中的作用機制，以期發(fā)掘新的策略，抵御和治療多種類型癌癥。這不僅能幫助我們深入理解腫瘤的復雜生物學特性，也可能為我們提供創(chuàng)新且更為高效的治療方案，從而提升癌癥患者的生存預期，并改善他們的生活質(zhì)量。