代謝是細胞及機體生命活動能量與物質來源的基礎，其穩態平衡是機體應對內外時空變化的重要保障。代謝紊亂或調控機製異常與多種人類疾病密切相關，例如，腫瘤代謝異常賦予腫瘤細胞特異性增殖優勢，影響和改變腫瘤微環境，促進腫瘤細胞的存活。因此，揭示代謝途徑調控機製，將為包括腫瘤在內的疾病發病機理提供全新突破口，並為其臨床靶向預治提供新的策略與手段。

擬素化(neddylation)是一種調節蛋白活性或功能，但不介導其被26S蛋白酶體降解的蛋白質翻譯後修飾。擬素化過程與泛素化過程類似，通過NEDD8激活酶E1(NEDD8-activating enzyme, NAE)、NEDD8耦聯酶E2(NEDD8-conjugating enzyme)和E3連接酶(E3 ligase)組成的三聯酶促反應將擬素 NEDD8 與目標蛋白共價結合。擬素化修飾的生理性底物為Cullin家族蛋白(共8種，包括CUL1、2、3、4A、4B、5、7和9)， Cullin的擬素化激活Cullin-RING ligase(CRL)E3泛素連接酶。CRLs是最大的一類泛素連接酶超家族，由Cullin骨架蛋白、RING結構域蛋白(RBX1或RBX2)、接頭蛋白(adaptor)和底物識別受體(substrate receptor)幾個部分組成。負責細胞內大約20%的經泛素-蛋白酶體信號通路降解蛋白的泛素化。因此，擬素化修飾與蛋白泛素化降解緊密關聯。然而，擬素化信號通路如何調控細胞代謝目前仍不清楚。

近日，浙江大學醫學院附屬第二醫院腫瘤研究所/浙江大學轉化醫學研究院孫毅教授團隊在 Nature Communications 期刊發表了題為：Neddylation inhibition induces glutamine uptake and metabolism by targeting CRL3SPOP E3 ligase in cancer cells 的研究論文。

該研究報道了擬素化修飾通過CRL3SPOP E3泛素連接酶調控腫瘤細胞的穀氨酰胺吸收和代謝。

研究團隊前期工作發現，使用小分子MLN4924抑製擬素化修飾，可以誘導線粒體從分裂向融合的動力學轉換，破壞線粒體功能，並通過激活PKM2促進糖酵解。非靶向代謝組學研究指出擬素化修飾在整體上顯著調控細胞代謝，通過分析細胞代謝通路，發現穀氨酰胺代謝變化最為顯著。細胞實驗表明，阻斷擬素化修飾後，腫瘤細胞穀氨酰胺吸收及其代謝顯著增加;且僅有穀氨酰胺轉運體ASCT2/SLC1A5水平增高。增高的ASCT2促進細胞穀氨酰胺吸收和其代謝，維持細胞存活。

為明確擬素化修飾抑製後ASCT2累積的機製，研究結合生物信息學和生化實驗，發現ASCT2蛋白含有CRL3 E3泛素連接酶中接頭蛋白SPOP經典結合基序，SPOP促進ASCT2蛋白的K48連接的多聚泛素化降解，降低其穩定性。有趣的是，SPOP自身的水平也受環境中穀氨酰胺的調節，在剝奪穀氨酰胺後，SPOP不能形式二聚體，觸發SPOP的自身泛素化降解，導致其底物ASCT2的累積。

在人體乳腺癌腫瘤組織樣本中發現，腫瘤組織SPOP低表達而ASCT2高表達，二者呈負相關性，並且SPOP低表達且ASCT2高表達的患者有較差的存活率;另外，從癌旁到癌組織，SPOP表達逐漸降低，而ASCT2表達逐漸增高。靶向代謝組學分析發現，相比癌旁組織，乳腺癌組織中穀氨酰胺濃度降低。進一步說明包括乳腺癌在內的多種腫瘤對穀氨酰胺有較高吸收和代謝，另一方麵，腫瘤微環境中穀氨酰胺濃度會重塑穀氨酰胺轉運體ASCT2和其調控蛋白SPOP的水平，進一步調節對穀氨酰胺的吸收和代謝。

鑒於抑製擬素化導致的細胞穀氨酰胺吸收和代謝對腫瘤細胞存活有保護作用，為了進一步揭示靶向擬素化通路和細胞穀氨酰胺代謝對腫瘤細胞生長的影響，研究者使用MLN492聯合ASCT2抑製劑V-9302，體外細胞實驗及體內腫瘤模型實驗結果均顯示同時靶向擬素化通路和穀氨酰胺吸收可顯著抑製腫瘤細胞增殖。這些研究結果為MLN4924聯合用藥提出了可行的方案。

圖示：在穀氨酰胺充足條件下，二聚化的SPOP與Cullin 3形成有活性的CRL3-SPOP E3泛素連接酶，促進ASCT2的泛素化降解，維持正常的穀氨酰胺代謝;當腫瘤發生時，由於SPOP突變或者低表達， CRL3-SPOP泛素連接酶活性減弱，致使ASCT2水平增加，促進穀氨酰胺代謝;在穀氨酰胺匱乏環境中，GRK2被激活，促進SPOP磷酸化，抑製SPOP二聚化並誘發其自身的泛素化，導致底物ASCT2的大量累積，促進穀氨酰胺代謝。

孫毅教授團隊的周啟銀博士為論文第一作者。孫毅教授和浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院王嫻主任醫師為論文共同通訊作者。同時，該研究獲得了清華大學胡澤平研究員、浙江大學王林波主任醫師和金洪傳教授的大力支持。