谷氨酸脱氢酶1催化谷氨酰胺分解反馈激活EGFR/PI3K/AKT通路并重编程胶质母细胞瘤代谢

2025-03-16 Sun
谷氨酰胺分解 EGFR/PI3K/AKT通路胶质母细胞瘤代谢重编程谷氨酸脱氢酶1
学术背景胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是最具侵袭性和异质性的中枢神经系统肿瘤之一，预后极差。尽管近年来抗血管生成治疗和免疫治疗等新型疗法不断涌现，GBM患者的生存期仍然非常有限。GBM细胞具有独特的代谢特征，尤其是在葡萄糖和谷氨酰胺的利用方面。葡萄糖代谢在GBM中已被广泛研究，而谷氨酰胺代谢的作用则相对较少被关注。谷氨酰胺不仅是癌细胞生长的重要营养物质，还参与核酸和脂肪酸的合成。然而，谷氨酰胺代谢在GBM信号传导和代谢重编程中的作用仍不明确。
本研究旨在探索谷氨酰胺代谢在GBM中的新机制，特别是通过谷氨酸脱氢酶1（Glutamate Dehydrogenase 1, GDH1）催化的谷氨酰胺分解代谢如何反馈激活表皮生长因子受体（Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR）/磷脂酰肌醇3激酶（Phosphatidylinositol 3-Kinase, PI3K）/蛋白激酶B（Protein Kinase B, Akt）信号通路，并重编程GBM的代谢。
论文来源本论文由Rui Yang、Guanghui Zhang、Zhen Meng等作者共同撰写，作者分别来自聊城大学医学院、河南中医药大学、济宁医学院精准医学研究所等机构。论文于2025年3月发表在《Neuro-Oncology》期刊上，题为《Glutamate Dehydrogenase 1-Catalytic Glutaminolysis Feedback Activates EGFR/PI3K/Akt Pathway and Reprograms Glioblastoma Metabolism》。
研究流程与结果1. GDH1介导的谷氨酰胺分解代谢在GBM生长中的关键作用研究流程：

为了评估谷氨酰胺代谢在GBM细胞生长中的关键作用，研究人员通过短发夹RNA（shRNA）敲低了GDH1的表达。随后，分别在低葡萄糖（Low Glucose, LG）和高葡萄糖（High Glucose, HG）条件下检测了GBM细胞的存活率。此外，研究人员还通过补充甲基-α-酮戊二酸（Methyl-α-Ketoglutarate, Methyl-α-KG）来验证GDH1催化活性的重要性。最后，研究人员构建了GDH1野生型（GDH1 WT）和GDH1 R496S突变体（缺乏脱氢酶活性）的稳定表达细胞系，并在小鼠颅内肿瘤模型中验证了GDH1对肿瘤生长的影响。
结果：

GDH1敲低显著抑制了GBM细胞在LG条件下的存活率，但在HG条件下短期内未显著影响细胞存活。然而，随着时间延长，GDH1敲低显著抑制了HG条件下的细胞增殖。补充Methyl-α-KG部分恢复了GDH1敲低细胞的存活率。在小鼠颅内肿瘤模型中，GDH1敲低显著抑制了肿瘤生长，而GDH1 WT的表达则恢复了肿瘤生长，GDH1 R496S突变体则无此效果。这些结果表明，GDH1介导的谷氨酰胺分解代谢在GBM生长中具有关键作用，即使在HG条件下也是如此。
2. GDH1介导的谷氨酰胺分解代谢反馈激活EGFR/Akt/mTOR信号通路研究流程：

为了探究GDH1在信号传导中的作用，研究人员通过RNA测序（RNA-seq）分析了GDH1敲低细胞的基因表达谱。随后，通过Western blot检测了GDH1敲低和过表达细胞中Akt、mTOR和p70S6K的磷酸化水平。此外，研究人员还检测了在EGF刺激下，GDH1敲低细胞中EGFR/Akt/mTOR信号通路的激活情况。
结果：

RNA-seq结果显示，GDH1敲低细胞中有623个基因表达显著变化，其中224个基因与信号传导相关，特别是PI3K/Akt通路。Western blot结果显示，GDH1敲低显著降低了Akt、mTOR和p70S6K的磷酸化水平，而GDH1过表达则增加了这些蛋白的磷酸化水平。在EGF刺激下，GDH1敲低细胞中Akt、mTOR和p70S6K的磷酸化水平显著降低，而EGFR和MEK1的磷酸化水平未受影响。这些结果表明，GDH1介导的谷氨酰胺分解代谢是EGFR激活的PI3K/Akt/mTOR信号通路的关键放大器。
3. GDH1通过调控组蛋白去甲基化激活Akt/mTOR通路研究流程：

为了进一步探究GDH1催化谷氨酰胺分解代谢在Akt/mTOR信号通路中的作用，研究人员检测了GDH1敲低细胞中组蛋白甲基化水平的变化。随后，通过染色质免疫沉淀（Chromatin Immunoprecipitation, ChIP）检测了GDH1敲低细胞中PDPK1启动子区域的组蛋白H3K27三甲基化（H3K27me3）水平。此外，研究人员还通过补充Methyl-α-KG验证了α-KG在组蛋白去甲基化中的作用。
结果：

GDH1敲低显著增加了H3K27me3水平，并降低了PDPK1的表达。ChIP结果显示，GDH1敲低显著增加了PDPK1启动子区域的H3K27me3水平。补充Methyl-α-KG恢复了GDH1敲低细胞中Akt、mTOR和p70S6K的磷酸化水平。这些结果表明，GDH1通过调控组蛋白去甲基化激活了Akt/mTOR通路。
4. KDM6A在GDH1介导的信号传导和代谢重编程中的关键作用研究流程：

为了验证KDM6A（一种α-KG依赖的组蛋白去甲基酶）在GDH1介导的信号传导中的作用，研究人员通过shRNA敲低了KDM6A的表达，并检测了GDH1过表达细胞中PDPK1和HK2的表达水平。此外，研究人员还通过ChIP检测了KDM6A敲低细胞中PDPK1和HK2启动子区域的H3K27me3水平。
结果：

KDM6A敲低显著增加了H3K27me3水平，并降低了PDPK1和HK2的表达。ChIP结果显示，KDM6A敲低显著增加了PDPK1和HK2启动子区域的H3K27me3水平。这些结果表明，KDM6A是GDH1介导的信号传导和代谢重编程的关键因子。
结论与意义本研究表明，GDH1催化的谷氨酰胺分解代谢通过KDM6A依赖的组蛋白去甲基化反馈激活了EGFR/PI3K/Akt信号通路，并重编程了GBM的代谢。这一发现揭示了代谢、表观遗传转录机制和信号传导之间的新型交互作用，为GBM的进展提供了新的机制解释。此外，本研究还为GBM的治疗提供了潜在的新靶点，特别是GDH1和KDM6A的抑制剂可能成为未来治疗GBM的有效策略。
研究亮点新机制的揭示：首次揭示了GDH1催化的谷氨酰胺分解代谢通过KDM6A依赖的组蛋白去甲基化反馈激活EGFR/PI3K/Akt信号通路。
代谢与信号传导的交互作用：阐明了代谢重编程与信号传导之间的复杂交互关系，为GBM的代谢研究提供了新的视角。
潜在治疗靶点：GDH1和KDM6A的抑制剂可能成为未来治疗GBM的有效策略，具有重要的临床应用价值。
本研究的创新性和重要性在于它不仅揭示了GBM代谢的新机制，还为未来的治疗策略提供了新的思路。