USP35通过调节PFK-1泛素化介导糖酵解促进乳腺癌进展
USP35通过调节PFK-1泛素化介导乳腺癌糖酵解促进癌症进展
学术背景
乳腺癌是全球女性中最常见的恶性肿瘤，也是导致女性癌症相关死亡的主要原因之一。尽管针对不同分子亚型的乳腺癌已经开发出多种治疗策略，如内分泌治疗、靶向治疗和PARP抑制剂等，但仍有20%-30%的患者经历复发和转移，这成为乳腺癌死亡率居高不下的主要原因。因此，寻找新的分子标志物以应对乳腺癌复发和转移的挑战至关重要。
癌细胞具有高代谢特性，依赖于有氧糖酵解（aerobic glycolysis）来满足其能量需求，这种现象被称为“瓦伯格效应”（Warburg effect）。糖酵解过程中，磷酸果糖激酶-1（PFK-1）是关键限速酶，催化果糖-6-磷酸（F6P）转化为果糖-1,6-二磷酸（F1,6BP），从而推动糖酵解进程。研究表明，PFK-1在乳腺癌组织中表达显著上调，其活性与肿瘤进展密切相关。然而，PFK-1在乳腺癌中的调控机制尚未完全阐明。
泛素特异性蛋白酶35（USP35）是去泛素化酶家族的一员，能够通过去泛素化作用稳定下游靶蛋白，从而影响其功能。USP35在多种癌症中被发现与肿瘤进展相关，但其在乳腺癌中的作用机制尚不明确。本研究旨在探讨USP35是否通过调节PFK-1的泛素化水平来影响乳腺癌的糖酵解和进展。
论文来源
本论文由Weibin Lian、Chengye Hong、Debo Chen和Chuan Wang共同撰写，作者分别来自福建医科大学附属协和医院乳腺外科和福建医科大学附属泉州第一医院乳腺外科。论文于2024年12月23日首次发表在《American Journal of Physiology-Cell Physiology》期刊上，DOI为10.1152/ajpcell.00733.2024。
研究流程与结果
1. USP35在乳腺癌中的表达上调
研究首先通过定量实时PCR（qPCR）和Western blot检测了乳腺癌组织和细胞中USP35的mRNA和蛋白表达水平。结果显示，USP35在乳腺癌组织中的表达显著高于癌旁正常组织，并且在多种乳腺癌细胞系（如MCF-7和MDA-MB-231）中表达也显著高于正常乳腺上皮细胞（MCF-10A）。这一结果表明，USP35可能在乳腺癌的发生和发展中发挥重要作用。
2. USP35调控乳腺癌细胞的增殖和凋亡
为了研究USP35的功能，研究团队使用shRNA技术敲低MCF-7和MDA-MB-231细胞中USP35的表达。通过5-乙炔基-2’-脱氧尿苷（EdU）细胞增殖实验和流式细胞术检测细胞凋亡，发现USP35敲低显著抑制了乳腺癌细胞的增殖并促进了细胞凋亡。这一结果表明，USP35在维持乳腺癌细胞生存和增殖中起关键作用。
3. USP35通过PFK-1调控糖酵解
进一步研究发现，USP35敲低导致PFK-1的mRNA和蛋白表达水平下降，并伴随细胞外酸化率（ECAR）和氧消耗率（OCR）的降低。Seahorse代谢通量分析显示，USP35敲低显著降低了乳腺癌细胞的糖酵解能力。此外，USP35敲低还减少了葡萄糖消耗、乳酸生成和乳酸脱氢酶（LDH）活性。这些结果表明，USP35通过调控PFK-1的表达来影响乳腺癌细胞的糖酵解过程。
4. USP35通过去泛素化稳定PFK-1
为了揭示USP35调控PFK-1的具体机制，研究团队进行了免疫共沉淀（Co-IP）实验，发现USP35与PFK-1直接相互作用。进一步研究表明，USP35通过去泛素化作用稳定PFK-1，从而增加其蛋白表达水平。USP35敲低显著增加了PFK-1的泛素化水平，表明USP35通过去泛素化作用保护PFK-1免受泛素-蛋白酶体系统的降解。
5. USP35在体内抑制肿瘤生长
为了验证USP35在体内的作用，研究团队构建了裸鼠皮下移植瘤模型。结果显示，注射USP35敲低的MCF-7细胞的裸鼠肿瘤体积和重量显著小于对照组。免疫组化（IHC）分析显示，USP35敲低显著降低了肿瘤组织中Ki-67的表达，表明USP35敲低抑制了肿瘤细胞的增殖。此外，USP35敲低还降低了肿瘤组织中PFK-1的表达和糖酵解相关指标（如葡萄糖消耗、乳酸生成和LDH活性），进一步证实了USP35通过PFK-1调控乳腺癌糖酵解的机制。
结论与意义
本研究发现，USP35在乳腺癌中表达显著上调，并通过去泛素化作用稳定PFK-1，从而促进乳腺癌细胞的糖酵解和增殖。USP35/PFK-1轴为乳腺癌的精准治疗提供了新的靶点和理论依据。研究不仅揭示了USP35在乳腺癌中的分子机制，还为开发针对USP35/PFK-1轴的抗肿瘤药物提供了重要线索。
研究亮点
- 重要发现：首次揭示了USP35通过去泛素化PFK-1调控乳腺癌糖酵解的分子机制。
- 创新性：通过体内外实验验证了USP35/PFK-1轴在乳腺癌中的关键作用，为乳腺癌治疗提供了新的靶点。
- 临床应用价值：USP35/PFK-1轴的发现为乳腺癌的精准治疗和药物开发提供了新的方向。
其他有价值的信息
本研究还指出，未来需要更多组织样本验证USP35在乳腺癌中的高表达，并探讨其在乳腺癌不同分子亚型中的具体作用。此外，USP35调控其他下游信号通路的机制也值得进一步研究。
通过本研究，USP35/PFK-1轴成为乳腺癌治疗领域的一个重要研究方向，未来有望为乳腺癌患者带来新的治疗希望。