琥珀酸脱氢酶缺失在肾上腺髓质与成纤维细胞模型中的不同表现
SDH缺失在肾上腺髓质与成纤维细胞模型中的不同表现
背景介绍
琥珀酸脱氢酶（Succinate Dehydrogenase, SDH）是线粒体三羧酸循环（TCA循环）和电子传递链中的关键酶，负责将琥珀酸氧化为延胡索酸，并参与电子传递。SDH由四个亚基（SDHA、SDHB、SDHC、SDHD）组成，任何亚基的功能缺失都会导致SDH酶活性丧失，进而影响细胞的能量代谢。SDH功能缺失与多种肿瘤的发生密切相关，尤其是嗜铬细胞瘤（Pheochromocytoma, PPGL）和副神经节瘤（Paraganglioma, PPGL）。这些肿瘤通常起源于神经嵴衍生的副神经节细胞，SDH缺失导致琥珀酸积累，进而抑制多种依赖2-氧化戊二酸的双加氧酶（dioxygenase），最终促进血管生成和细胞增殖相关基因的表达。
然而，为什么SDH缺失仅在神经内分泌细胞中具有致瘤性，仍然是一个未解之谜。为了解决这一问题，研究人员比较了两种SDH缺失的细胞模型：源自小鼠肾上腺髓质的永生化前嗜铬细胞（immortalized mouse chromaffin cells, IMCCs）和永生化小鼠胚胎成纤维细胞（immortalized mouse embryonic fibroblasts, IMEFs），以揭示SDH缺失在不同细胞类型中的适应性机制和脆弱性。
论文来源
这篇论文由Fatimah J. Al Khazal、Sanjana Mahadev Bhat等作者共同完成，研究团队来自Mayo Clinic、巴黎心血管研究中心（Paris Cardiovascular Research Center）等多个机构。论文于2024年发表在《Cancer & Metabolism》期刊上，题为“Similar deficiencies, different outcomes: Succinate dehydrogenase loss in adrenal medulla vs. fibroblast cell culture models of paraganglioma”。
研究流程与结果
1. 细胞培养与SDH缺失模型的建立
研究首先建立了两种SDH缺失的细胞模型：SDHB缺失的IMCCs和SDHC缺失的IMEFs。通过基因敲除技术，研究人员成功构建了SDHB和SDHC缺失的细胞系，并通过Western blot验证了目标蛋白的缺失。此外，研究还通过PCR基因分型确认了SDH亚基的缺失状态。
2. 细胞表型与代谢变化
研究发现，SDH缺失显著影响了细胞的表型和代谢。SDH缺失的IMCCs和IMEFs均表现出细胞增殖速度减慢、细胞体积增大以及细胞周期改变。特别是，SDH缺失的IMCCs在G1期延长，而IMEFs则在G2期延长，提示DNA修复途径可能受到影响。
通过代谢组学分析，研究人员发现SDH缺失细胞中琥珀酸水平显著升高（约130倍），而其他TCA循环相关代谢物水平普遍下降。值得注意的是，SDH缺失的IMEFs表现出乳酸积累，而IMCCs则没有，这表明IMEFs更依赖于糖酵解来维持能量供应。
3. 线粒体形态与功能变化
通过电子显微镜观察，研究人员发现SDH缺失的IMCCs线粒体形态发生了显著变化，表现为线粒体肿胀、内部嵴结构模糊，甚至出现电子致密体。相比之下，SDH缺失的IMEFs线粒体形态变化较轻。此外，三维显微镜分析显示，SDH缺失细胞的线粒体体积密度总体下降，尽管剩余线粒体体积增大。
4. 代谢适应性与缺氧条件下的表现
通过Seahorse细胞能量代谢分析，研究人员发现SDH缺失的IMCCs在常氧条件下仍保留较高的基础氧消耗率（OCR），而在缺氧条件下，其代谢能力与野生型细胞相当。相比之下，SDH缺失的IMEFs在常氧和缺氧条件下的代谢能力均显著下降。这一结果表明，IMCCs在SDH缺失后仍能通过保留复合物I（Complex I）的功能维持一定的氧化代谢能力，而IMEFs则更依赖于糖酵解。
5. 转录组学分析
RNA测序结果显示，SDH缺失在IMCCs和IMEFs中引发了截然不同的转录组反应。IMCCs中多个复合物I亚基的基因表达上调，而IMEFs中则无明显变化。这一发现进一步支持了IMCCs通过上调复合物I相关基因来维持代谢适应性的假设。
结论与意义
本研究通过比较SDH缺失的IMCCs和IMEFs，揭示了SDH缺失在不同细胞类型中的不同表现。IMCCs在SDH缺失后仍能通过保留复合物I功能维持一定的代谢适应性，而IMEFs则更依赖于糖酵解。这一发现为解释SDH缺失在神经内分泌细胞中的致瘤性提供了新的线索，也为未来开发针对SDH缺失肿瘤的治疗策略提供了理论依据。
研究亮点
- 细胞类型特异性：研究首次系统比较了SDH缺失在肾上腺髓质细胞和成纤维细胞中的不同表现，揭示了细胞类型对SDH缺失反应的差异。
- 代谢适应性：IMCCs在SDH缺失后仍能通过保留复合物I功能维持代谢适应性，这一发现为理解SDH缺失肿瘤的发生机制提供了重要线索。
- 转录组学分析：通过RNA测序，研究揭示了SDH缺失在不同细胞类型中的转录组反应差异，为进一步研究SDH缺失的分子机制奠定了基础。
其他有价值的信息
研究还发现，SDH缺失细胞中琥珀酸积累抑制了组蛋白去甲基化酶（JMJD demethylases）的活性，导致组蛋白超甲基化。这一发现为理解SDH缺失对表观遗传调控的影响提供了新的视角。
这项研究不仅深化了我们对SDH缺失致瘤机制的理解，还为未来开发针对SDH缺失肿瘤的治疗策略提供了重要的理论支持。