WWP1通过调节急性髓性白血病细胞中的氧化还原状态调控TXINP的泛素化降解
WWP1通过调控TXNIP在急性髓性白血病细胞中的氧化还原状态
背景介绍
急性髓性白血病（AML）是一种恶性血液疾病，其特点是未成熟的白血病细胞（白血病原始细胞）在骨髓中异常增殖。尽管近年来AML的治疗取得了一定进展，但患者的长期生存率仍然较低，尤其是对于复发或难治性患者。因此，寻找新的治疗靶点和机制是当前AML研究的重要方向之一。
氧化还原稳态（redox homeostasis）在细胞代谢和生存中起着关键作用。活性氧（ROS）的积累会导致DNA损伤和细胞凋亡，而抗氧化系统（如谷胱甘肽和硫氧还蛋白系统）则通过清除ROS来维持细胞的正常功能。硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）是硫氧还蛋白（TRX）的内源性抑制剂，能够通过抑制TRX的还原酶活性来增加ROS的产生，从而破坏细胞的氧化还原平衡。此外，TXNIP还能通过抑制葡萄糖摄取和代谢来限制细胞的生长和存活。
WWP1是一种HECT型E3泛素连接酶，已被证明在多种癌症中发挥致癌作用。然而，WWP1在AML中的作用机制尚未完全阐明。本研究旨在探讨WWP1是否通过调控TXNIP来影响AML细胞的氧化还原状态和代谢，从而揭示其在AML中的致癌机制。
论文来源
本论文由来自意大利罗马大学Tor Vergata分校实验医学系的Francesca Bernassola教授团队主导，合作单位包括中国苏州大学附属第一医院、意大利罗马IDI-IRCCS研究所、意大利米兰IFOM-ETS分子肿瘤学研究所等。论文于2024年10月4日在线发表在《Molecular Oncology》期刊上，DOI为10.1002⁄1878-0261.13722。
研究流程与结果
1. WWP1失活导致AML细胞中ROS水平升高
研究首先通过LC-MS（液相色谱-质谱联用）检测了WWP1失活的AML细胞中谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）的比例。结果显示，WWP1失活后，GSH/GSSG比例显著下降，表明细胞内氧化应激水平升高。进一步通过荧光探针H2DCFDA和MitoSOX检测细胞内和线粒体中的ROS水平，发现WWP1失活后，AML细胞中的ROS水平显著增加，尤其是线粒体ROS。此外，DNA氧化损伤标志物8-OHdG的水平也显著升高，表明WWP1失活导致DNA损伤。
2. WWP1失活通过ROS诱导DNA损伤
通过彗星实验（comet assay）检测DNA链断裂，发现WWP1失活的AML细胞中DNA损伤显著增加。同时，DNA损伤标志物γ-H2AX和ATM的磷酸化水平也显著升高。使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）处理后，DNA损伤水平显著降低，表明WWP1失活通过ROS诱导DNA损伤。
3. TXNIP是WWP1泛素化的底物
通过STRING数据库分析，研究团队发现WWP1可能与TXNIP存在相互作用。进一步的免疫共沉淀实验证实了WWP1与TXNIP的直接结合。体内和体外泛素化实验表明，WWP1能够通过K48泛素链促进TXNIP的泛素化和蛋白酶体降解。WWP1的催化活性突变体（C890A）则无法诱导TXNIP的泛素化，表明WWP1的催化活性对其功能至关重要。
4. WWP1失活导致TXNIP稳定化和功能激活
WWP1失活后，TXNIP的蛋白水平显著升高，且其半衰期延长。通过胰岛素二硫键还原酶实验，发现WWP1失活后TRX的酶活性显著降低，表明TXNIP的积累抑制了TRX的抗氧化功能。使用TXNIP抑制剂TXNIP-IN-1或钙通道阻滞剂维拉帕米处理后，ROS水平显著降低，进一步证实了TXNIP在WWP1失活诱导的氧化应激中的关键作用。
5. WWP1失活影响AML细胞的葡萄糖代谢
TXNIP是葡萄糖代谢的负调控因子。研究发现，WWP1失活后，葡萄糖转运蛋白GLUT1、GLUT4以及糖酵解关键酶LDHA和LDHB的mRNA水平显著下降。通过Seahorse分析仪检测糖酵解速率，发现WWP1失活后AML细胞的糖酵解和氧化磷酸化水平均显著降低，ATP生成减少。TXNIP的基因沉默能够部分逆转WWP1失活对葡萄糖摄取和代谢的抑制作用。
结论与意义
本研究揭示了WWP1通过泛素化降解TXNIP来调控AML细胞氧化还原状态和葡萄糖代谢的分子机制。WWP1的过表达通过加速TXNIP的降解，增强了TRX的抗氧化功能，降低了细胞内ROS水平，从而促进了AML细胞的存活和增殖。此外，WWP1还通过调控TXNIP来影响葡萄糖代谢，进一步支持了AML细胞的生长和存活。
这一发现为AML的治疗提供了新的潜在靶点。通过抑制WWP1或恢复TXNIP的功能，可能能够增强AML细胞对化疗药物的敏感性，从而提高治疗效果。未来的研究需要进一步探讨WWP1/TXNIP轴在AML化疗耐药中的作用，以及其在其他癌症中的潜在应用价值。
研究亮点
- 新颖的分子机制：首次揭示了WWP1通过泛素化降解TXNIP来调控AML细胞氧化还原状态和葡萄糖代谢的分子机制。
- 潜在的治疗靶点：WWP1/TXNIP轴可能成为AML治疗的新靶点，尤其是对于化疗耐药的患者。
- 多层次的实验验证：通过体内外实验、泛素化分析、代谢组学等多种手段，全面验证了WWP1的功能及其在AML中的作用。