Hirschsprung Disease

这篇文章于2022年发表在《Cell》,主要总结了细胞生长每个阶段（指数生长、稳定期和衰退期）的分解代谢和合成代谢的主要发现，重点关注主要代谢途径（糖酵解、磷酸戊糖途径和三羧酸循环）和影响这些回路的生物分子家族（核苷酸、氨基酸、脂质和富含能量的代谢物）。此外，还比较了在不同实验环境中获得的结果（各种细胞系、克隆、培养基和培养策略，包括分批、补料分批和连续），以确定在生物反应器中培养过程中影响CHO细胞代谢组的常见趋势。1.指数生长期：高营养吸收使细胞生长      指数期的特征是细胞培养物中活细胞密度（VCD）急剧增加。这种生长是可能的，因为培养基中有营养物质，从中分解代谢产生能量，各种底物用于生物质生成。本节将介绍这两个步骤，图1总结了主要代谢趋势。第1步：碳源分解代谢为细胞产生能量，因为营养物质大量可用MFA研究表明，葡萄糖占总碳流入量的70%，而培养基中的丙酮酸在培养开始时作为额外的碳源，其中80%的葡萄糖在培养的第一天被消耗。同样，另一项研究得出结论，葡萄糖占进入碳的65%，其中10%来自谷氨酰胺，25%来自其他氨基酸。据报道，该研究的贡献也较低（40-50%），尽管这部分可以解释为葡萄糖消耗量会因不同的培养条件而变化，具体来说，在目前的情况下，培养体积。除了这些细微的差异之外，出版物总体上同意葡萄糖是生长的主要碳源这一事实。     细胞吸收的葡萄糖可以被磷酸化并供应到糖酵解途径以产生ATP或磷酸戊糖途径（PPP），这有助于氧化还原稳态和生物合成。大量研究报告称，在指数期，葡萄糖主要通过糖酵解被氧化，从而导致丙酮酸的形成。形成的丙酮酸的很大一部分转化为乳酸，乳酸被分泌并使培养基酸化，导致生长抑制，其余的用于供应TCA循环 .这种代谢状态以前被认为是Warburg效应，是消耗高水平葡萄糖的癌细胞的特征。根据葡萄糖的势能负荷，可以认为，从某种意义上说，碳通量被细胞“浪费”了，因为它不针对TCA，而是产生高乳酸水平。这降低了C的产生生物质生成所必需的前体。      据估计，75%的葡萄糖消耗用于贴壁和悬浮生长的CHO细胞培养物中的乳酸产生。然而，在灌流培养中，已测量到更平衡的比例，估计55%的丙酮酸产生乳酸，45%进入TCA循环 。相反，对分批/补料分批培养的MFA研究报告称，25-40%的胞质丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下转化为乳酸，这种效应在CHO WT细胞和产生蛋白质的CHO衍生物中都观察到，而50-60%的丙酮酸池被引导到TCA循环中。这些差异可能归因于不同的媒体构成。例如，已经表明培养基中提供的谷氨酰胺可以强烈影响葡萄糖和丙酮酸的代谢 。研究还表明，抗凋亡基因bcl2的过表达会影响丙酮酸进入TCA的比例，从而影响乳酸的形成。许多研究还分析了高生产者和低生产者克隆之间的差异。某些研究表明，（i）高生产者具有更高水平的细胞内NADH，表明与TCA循环和/或氧化磷酸化相结合的糖酵解水平更高，以及（ii）高生产细胞系和低生产细胞系之间在葡萄糖消耗和乳酸形成的时间存在一些差异，与低生产者相比，高生产者在培养中更早地消耗乳酸。另一项研究仅报告了微小的差异，这表明需要进一步研究来阐明生产力与葡萄糖代谢的早期阶段如何相关 。      在丙酮酸分支点，估计约75%的丙酮酸来自糖酵解，而25%来自苹果酸酶对苹果酸的转化，一小部分来自丝氨酸或半胱氨酸等氨基酸的降解。丙酮酸通量在转化为乙酰辅酶A后，总共90%会进入TCA，其余10%在被丙酮酸羧化酶转化为草酰乙酸后进入TCA循环。     在指数期后期，测得葡萄糖消耗和糖酵解活性减少了1/3，有利于乳酸摄取。有趣的是，通过向培养基中添加丙酮酸和氨基酸可以延长指数期 。     磷酸戊糖途径（PPP）代表了葡萄糖氧化的另一种途径，可再生 NADPH，这有助于细胞质中的氧化还原平衡，以及参与生物合成反应（特别是核苷酸生物合成）的C5糖。磷酸戊糖途径（PPP）活性已在指数期进行了表征，并且似乎它对总碳通量的贡献取决于实验模型。在灌注模式下，葡萄糖进入PPP的比例估计为20-40%，而在分批/分批补料条件下进行的研究报告称，葡萄糖对该途径的贡献非常低或可以忽略不计。这与一项关于补料分批培养的研究相矛盾，该研究报道80%的葡萄糖参与PPP通路，占该生长期胞质NADPH生成的大部分。因此，这些研究报告了糖酵解和PPP之间在葡萄糖利用方面的主要差异，这可能反映了培养基组成的变化，包括谷氨酰胺水平、补料分批培养中的培养基供应、重组蛋白生产中的特异性克隆或产量。      由葡萄糖或PPP中间体物质喂养的糖酵解氧化反应导致丙酮酸的产生，丙酮酸可以作为乙酰辅酶A进入TCA循环。如上所述，TCA循环通量在指数期很低，大部分丙酮酸用于产生乳酸。在初始细胞培养过程中，任何过量的葡萄糖都可能用于通过乳酸产生来维持能量，而不是用于TCA循环和氧化磷酸化。还有人假设，由于将柠檬酸盐转化为α-酮戊二酸（AKG）的能力降低，转化的CHO细胞系中的TCA周期可能受损。由于酶容量有限，苹果酸和草酰乙酸之间可能存在另一个瓶颈，这将导致苹果酸-天冬氨酸穿梭受限，因此在胞质溶胶中NAD再生。此外，草酰乙酸供应的这种限制阻止了线粒体丙酮酸掺入TCA循环，导致丙酮酸转化为细胞质中的乳酸。如前所述，尽管乳酸的产生量很大，但TCA是活跃的，主要碳源来自葡萄糖氧化成丙酮酸，其余来自谷氨酰胺和必需氨基酸。有趣的是，已经表明，TCA中间体（琥珀酸盐、苹果酸盐、柠檬酸盐和富马酸盐）的分泌代表了指数生长期和固定期期间大致相同的TCA循环通量水平，这可能表明TCA循环在整个细胞培养过程中以接近最大的酶能力运行。然而，这个结论是在使用1H-NMR，其灵敏度相对低于MS。也有人提出，培养规模会影响细胞的新陈代谢。在生产规模的生物反应器中生长的细胞可能更多地依赖于糖酵解来产生能量，而不是在实验室规模上生长的细胞合成更多的TCA循环中间体。      关于指数期的核苷酸和核苷，据文献报道，高达90%的ATP产生是由TCA循环产生的，并沿指数期呈下降趋势。虽然发现胞质溶胶和线粒体中的 ADP和AMP浓度相似，但胞质溶胶中的ATP浓度高于线粒体中的ATP浓度，这表明ATP从线粒体中转运出来可能使ATP的形成在热力学上有效 。在这个生长阶段，当比较高产者和低产者克隆时，稳态ATP浓度相当，但生产和消耗率与大肠杆菌和CHO细胞的生产力相关。在培养基中添加一磷酸腺苷（AMP）或鸟苷一磷酸（GMP）导致半胱天冬酶活性的诱导达到3倍，这是在所有测试的代谢物中观察到的最高水平，而添加胞苷一磷酸 （CMP）和尿苷一磷酸（UMP）则没有效果。这种促凋亡作用也见于对 CHO细胞和IEC-6肠上皮细胞的其他研究。这意味着，即使存在营养物质并且没有高水平的氨和乳酸，有毒代谢物也会导致细胞死亡。表1：指数生长期的氨基酸和氨基酸衍生物      已经研究了CHO细胞在指数生长期中氨基酸的消耗和产生（表 1），氨基酸相关代谢通量被描述为显著低于糖酵解和TCA循环通量。MFA研究报告了氨基酸对TCA循环补充的贡献百分比一致，谷氨酰胺是主要的碳源，并且已知它在培养基中的可用性与天冬酰胺或丝氨酸一起对CHO细胞的代谢有很大影响。研究发现，谷氨酰胺约占TCA循环总碳供应的40%。线粒体谷氨酸库起源于胞质谷氨酸转运到线粒体和谷氨酰胺转运到线粒体，然后水解成谷氨酸。谷氨酸被线粒体谷氨酸脱氢酶转化为α-酮戊二酸，然后进入TCA循环。所有其他氨基酸贡献约10%，并在乙酰辅酶A、α-酮戊二酸或草酰乙酸分支点进入TCA循环。在诱导细胞和非诱导细胞中报道了非常相似的氨基酸分解代谢贡献。对于低产和高产者克隆，也观察到一致的结果，天冬酰胺和谷氨酰胺产生了约30%的柠檬酸盐库和50%的苹果酸和琥珀酸盐标记，这表明它们在ATP的产生和在生长的指数期补充TCA循环中起主要作用，而不是生物量产生。氨基酸与葡萄糖对进入碳通量的总贡献被认为在整个培养物中保持不变（占总碳的30%至50%），谷氨酰胺耗尽后其他氨基酸的摄取增加。另一个模型估计，35%的中央碳代谢由氨基酸分解代谢提供，其中谷氨酰胺占10%。更准确地说，形成的天冬氨酸的60%在指数生长过程中被转氨以产生草酰乙酸，在固定相中降至50%。丙氨酸用于指数期的氮解毒，相当于丙酮酸用量的6%。      平均而言，在指数增长过程中，消耗的必需氨基酸中有25%不用于生物质或IgG生产，而是产生TCA循环中间体。第二项研究支持了这一解释，其中谷氨酰胺在指数早期的摄取速率大大超过了生物质或抗体生产的生物合成需求，这反映了其在分解代谢能量生产中的用途。      一项比较用高浓度或低浓度谷氨酰胺补料的培养物的研究显示了这种代谢物的重要性，因为观察到通路通量的主要差异。这些变化对比生产率产生了很大影响，对于用低浓度谷氨酰胺补料的培养物，比生产率高出2倍，并显示了CHO细胞代谢对谷氨酰胺水平的敏感性。      氨基酸对TCA的补充会产生中间分子种类。在指数期结束时，当细胞密度高且乳酸浓度低时，这些中间体往往会积累，并且它们对细胞生长的抑制作用已得到证实，其中吲哚3-羧酸盐和异戊酸盐是最有效的（有关详细信息，请参见表1、表2和表3）。表2：稳定期的氨基酸和氨基酸衍生物     除了在补充TCA和蛋白质生物合成中的作用外，氨基酸还充当谷胱甘肽前体。因此，它们的代谢对细胞保护免受ROS引起的氧化应激有重大影响 。在这方面，谷胱甘肽是需要考虑的关键代谢物之一，因为其氧化 （GSSG）和还原（GSH）形式之间的平衡会影响细胞生长。两种形式在早期指数期都以1:5的比例以高浓度存在。然后，GSSG/GSH比率在指数期达到平衡。一致地，一些出版物报道了GSSG在指数生长期在培养基中的积累，然后在稳定期继续积累。已知GSSG是氧化应激和诱导细胞凋亡的标志物，这可能解释了它与caspase活性的相关性。也有报道称，细胞内 GSSG和GSH浓度降低。这与在培养基中观察到的GSSG积累一致，因为它被细胞排泄，细胞外GSSG可能是长时间培养中细胞死亡的原因。此外，有人认为，在指数期晚期观察到的GSH浓度降低以及NADPH浓度的降低触发了TCA循环通量峰值之前PPP活性的增加。支持这一假设的是，在培养过程中观察到PPP和TCA活性之间存在密切相关性。根据一项针对细胞中氧化还原状态的研究，也有人提出，细胞衰老不是导致谷胱甘肽代谢和 ROS管理增加的原因，而是高细胞密度的原因。表3：衰退期的氨基酸和氨基酸衍生物第 2 步：利用能源生产生物质      本节将重点介绍代谢组学研究广泛涵盖的脂质代谢。      一组研究测量了中链和长链脂肪酸的细胞内浓度增加，这与指数期细胞生长的需要一致。根据这一观察结果，在指数期，脂肪酸氧化对乙酰辅酶A线粒体库的贡献可以忽略不计，乙酰辅酶A主要针对细胞生长阶段的脂肪酸合成[23]。发现很大一部分柠檬酸盐被转运到胞质溶胶中，转化为草酰乙酸和乙酰辅酶A。一项MFA研究计算出，大约25%的柠檬酸盐合酶通量通过柠檬酸盐裂解酶引导到脂肪酸的生物合成。在这项研究中，TCA循环中间体主要促进脂质合成，并且氨基酸的含量可以忽略不计。一项对贴壁CHO细胞进行的研究表明，谷氨酰胺产生的乙酰辅酶A对脂肪酸的生物合成没有显著贡献，这表明葡萄糖等其他碳来源有贡献。作为构成细胞膜的甘油基磷脂的组成部分，甘油也被发现在细胞外积累，占糖酵解碳的5% 。在他们的评论中，Pereira 等人（2018年）指出，释放到培养基中的甘油会导致碳损失到细胞中。对于作者来说，甘油可以被视为NAD池再生中的储存化合物或氧化还原汇。其他研究表明，胆碱、磷酸胆碱、乙醇胺磷酸、胞苷-二磷酸-胆碱（CDP）和CDP-乙醇胺在指数期几乎耗尽，而细胞膜成分的其他前体物质则积累。Selvarasu等人认为，这可能反映了CHO细胞中膜脂质代谢调节不良，这可能会触发从指数期到固定期的转变。为了支持这一假设，据报道，细胞外磷酸胆碱和甘油-3-磷酸胆碱的增加，并与细胞内半胱天冬酶活性和细胞凋亡相关。对改变的代谢通量（包括甘油磷脂代谢途径）的彻底研究可能有助于设计提高细胞培养活力的策略。      与指数生长期不同，在细胞培养模型中可以得出一些碳通量共识，而平稳期和衰退期的特征是代谢变化似乎依赖于细胞培养模型。可参考补充表S1并将其结果与相关细胞培养模型中获得的结果进行比较。2. 稳定期：稳定生长和高重组蛋白产量2.1. 替代碳源分解代谢可实现能量产生和细胞维持总体趋势是，与指数相相比，大多数碳和氮源在固定相的消耗速率较低。因此，据报道，糖酵解活性降低5倍，同时谷氨酰胺分解和AKG产生也相应减少。稳定相还见证了乳酸代谢的重大转变，乳酸的代谢不是产生太多，而是被消耗掉，随着葡萄糖浓度的降低，能够补充TCA循环 。葡萄糖消耗会继续进行，即使以降低的速度消耗，直到完全耗尽。一份报告表明谷氨酰胺分解略有减少，而葡萄糖通量没有低于其初始速率的50%。在指数期晚期和固定期观察到葡萄糖消耗和糖酵解通量减少了三分之一。在产生抗体的GS-NS0小鼠骨髓瘤细胞中也观察到了这些关键特征。在这种细胞中，当人工停止增殖时，乳酸被更早消耗，这也与生产率的提高有关。有证据表明，葡萄糖在稳定期没有耗尽，但在下降期的进入阶段没有耗尽 。据报道，天冬酰胺和天冬氨酸的消耗发生在进入固定相时，远在葡萄糖耗尽之前。此外，丙酮酸被确定为一种限制生长的代谢物，这意味着它的消耗标志着从指数相到稳定相的转变。丙酮酸的耗竭在最近的一项研究中得到证实。      与指数期相比，固定期的PPP通量增加了5-6倍，相当于葡萄糖摄取率的30%，甚至可能更高。Sengupta等人假设，在固定相期间，细胞可能会经历更多的氧化应激，从而导致PPP的利用率更高，以产生用于还原反应的NADPH。一项关于大肠杆菌的研究支持了这一点，该研究表明，由于参与有氧电子传递的基因下调，细菌在固定期无法抵抗氧化应激。最近的一份报告显示，PPP的下调而不是其激活发生在CHO细胞的固定期，但这种关系尚未在CHO细胞中得到广泛研究，值得进一步研究。      大多数研究一致认为，琥珀酸盐、苹果酸盐、柠檬酸盐和富马酸盐在固定期在培养上清液中积累。在这个阶段，进入TCA循环的碳是由葡萄糖（50%）、谷氨酰胺（40%）和其他氨基酸（10%）提供的，这些氨基酸以乙酰辅酶A或厌氧底物的形式进入TCA循环，包括苹果酸、α-酮戊二酸或草酰乙酸。更重要的是，观察到丙酮酸利用从乳酸的产生和分泌到其转位到线粒体并在TCA循环中使用，达到其峰值活性。这种TCA循环激活可能继发于氧化应激加剧，导致NADH/NAD比率降低，随之而来的NADH池再生的反向调节。      除了报告固定相中TCA循环活性增加的出版物外，还报道了等效或降低的活性。例如，在固定期对贴壁CHO细胞进行MFA后得出结论，大部分丙酮酸被转移到TCA循环（而不是产生乳酸），而对TCA循环没有影响，TCA 循环的运行水平与指数期相似。在一项使用1H-NMR，其中琥珀酸盐、苹果酸盐、柠檬酸盐和富马酸盐的分泌被发现代表与指数期相同的TCA循环通量比例。这表明在这些模型中，TCA在整个培养时间内以接近最大的酶载量运行。在其他研究中，发现关键的厌氧酶谷氨酸脱氢酶和丙酮酸羧化酶的活性降低了2倍，从α-酮戊二酸到琥珀酰辅酶A的通量也降低到50% 。在其他研究中也观察到了这种降低的TCA循环活性，并得出结论，葡萄糖可能被重定向到其他代谢途径，以便在固定相中实现ATP生成和NADPH氧化，在此期间增殖受到限制，生产率增加（见下文）。      关于氨基酸，表3报告了生长稳定期的观察结果。根据许多研究，与指数期相比，稳定期的完全缺失可能明显降低，导致苹果酸酶通量降低3倍，而氨基酸向TCA循环的通量可以忽略不计。然而，另一项最近的研究估计，用于过敏的必需氨基酸的消耗量从指数期的25%增加到稳定期的35%，这表明氨基酸在整个培养过程中的能量产生中起着关键作用。这些相互矛盾的结果表明，跨培养阶段的细胞代谢可能依赖于模型和克隆。2.2. 利用能量生产重组蛋白CHO细胞在稳定期产生重组蛋白的增加，占进入碳通量的15%，而在指数早期仅为3%。     与指数生长期相反，约25%的丙酮酸形成是由于固定期的乳酸消耗所致，其他次要来源是苹果酸和丝氨酸以及从培养基中摄取的丙酮酸。测量到丙酮酸通过转化为乙酰辅酶A进入TCA循环在指数相和固定相中相似。相反，在稳定期中发现其通过丙酮酸羧化酶活性转化为草酰乙酸是检测不到的。      关于甘油磷脂，一项研究报道，指数生长和稳定期之间的转变以细胞内出现为标志，然后在甘油-3-磷酸和甘油培养基中积累，后者可能是由甘油-3-磷酸合成的。Carinhas等人估计，参与糖酵解的碳中有25%最终进入甘油。在从指数相过渡到固定相时观察到的甘油浓度激增被解释为反映了细胞增殖相关膜形成所需的脂质生物合成、膜脂质的周转以及用于蛋白质排泄的分泌囊泡。还观察到甘油磷酸胆碱的增加，甘油磷酸胆碱是磷脂酰胆碱降解的产物，磷脂酰胆碱是质膜的主要成分。这被解释为反映了细胞膜降解和细胞生长受限。令人惊讶的是，发现脂肪酸生物合成在固定期和指数期一样高，这表明除了细胞生长之外，还有另一个作用，作者没有阐明这一点。这与脂质合成可能反映膜脂质更新需求（参与囊泡运输的质膜和细胞内膜）的假设一致。3. 衰退期：培养基耗尽导致细胞死亡      相对较少的研究调查了细胞培养物衰落过程中的CHO代谢。发现最后阶段伴随着葡萄糖的耗尽，随之而来的糖酵解中间体减少。丙酮酸被耗尽，而乳酸在分批培养中保持相对稳定。在补料分批和HiPDOG（葡萄糖的高端pH递送）培养条件中，在下降阶段观察到乳酸利用率。在后一项研究中，即使细胞密度开始下降，PPP通量也保持不变。     关于TCA，Matuszczyk等人已经证明胞质丙酮酸会耗尽，而线粒体丙酮酸的浓度较高，这表明TCA循环活性很高。这与另一项研究一致，该研究报告称，TCA循环活性在下降期甚至高于早期指数期。相反，一项研究报告称，与其他培养阶段相比，TCA循环的代谢物显着减少，这被解释为是由于在该阶段为TCA提供燃料的葡萄糖碳骨架较少。这种差异可能是因为前者研究侧重于衰退的早期阶段，而后者侧重于衰退和中度疲惫的终末阶段。      关于核苷酸代谢，ATP 、ADP和AMP浓度随着培养时间的延长而降低，直到下降期，但它们在细胞质和线粒体区室中的分布不同。在此培养阶段，发现胞质溶胶中的ATP浓度高于线粒体中的ATP浓度，这与ADP和 AMP的情况不同，它们在两个区室中的浓度相似。      关于氨基酸，在氨基酸下降期的观察结果见表3。没有对下降期脂肪酸代谢的全面分析，但在这个阶段报道了中链和长链脂肪酸浓度的峰值。最后，关于细胞的氧化状态，观察到氧化谷胱甘肽的增加，导致ROS管理的GSSG/GSH比率不利。      除了需要进一步研究的衰退期对细胞代谢的全面了解外，还提出了几种策略来延长细胞悬液的生产阶段。例如，一项研究建议在含半乳糖的培养基中培养细胞，因为当葡萄糖耗尽时，细胞会被代谢，从而能够维持细胞活力。另一项研究建议添加抗凋亡剂以避免过度细胞死亡。4. 结论     对CHO细胞的所有代谢组学研究的比较揭示了细胞培养每个阶段的一般趋势，因为它们突出了从扩增到稳定，然后到最终活细胞密度下降的最重要转变。总体而言，生长的指数阶段对应于营养物质的高消耗状态，尤其是葡萄糖和谷氨酰胺。这实现了高合成代谢活性、平衡的氧化还原状态和可用于生物质生产的过量能量的形成，有利于细胞的强烈增殖。葡萄糖通过糖酵解的氧化程度很高，通过乳酸产生实现生物能量稳态和能量“储存”，这与丙酮酸介导的TCA循环的适度燃料形成鲜明对比，TCA循环反而由过敏性补充由于所有氨基酸的可用性。生长期的一个特征是mAb产量低，这使得后续固定相在重组蛋白的合成方面最有趣。这种减少的增殖使对生物合成的细胞能量的投资更高。固定相的特点是碳和氮源的消耗相对较低，糖酵解活性较低。相比之下，TCA循环通量在此阶段增加，乳酸消耗为乙酰辅酶 A 库提供。在这个阶段，氨基酸在TCA补充中的作用值得进一步研究。此外，与指数相相比，PPP在很大程度上被激活，从而产生还原当量，如NADPH和谷胱甘肽，它们在固定相中对抗氧化应激。培养物的最终下降以许多代谢物的耗尽和毒性产物的积累为标志。      重要的是，本综述还强调了各种研究结果之间的重要差异。这些差异可能是由来源于单个宿主的CHO细胞系的独特特征来解释的，这些细胞系是通过不同实验室的遗传漂变获得的。所用培养基和培养策略方面的差异也表明会导致遗传和表观遗传多样性，这可以解释当使用不同的过程生产同一克隆时出现的表型差异。众所周知，这种多样性对CHO培养物的代谢组学特征有重大影响。例如，对来自两个不同宿主的6个mAb产生细胞系的细胞培养上清液进行的主成分分析表明，代谢谱的变化高度依赖于细胞系的宿主谱系。在比较高产和低产克隆的代谢特征时，还发现了关键差异。在第一项研究中，Chong等确定了与高生产率相关的CHO细胞主要代谢途径（糖酵解、PPP和TCA循环）的7种代谢物。研究表明，这些代谢物的丰度改善了对氧化态的控制，从而增加了重组mAb的产量。此外，Dean等强调了高产者和低产者细胞系之间的几种代谢差异。低生产克隆在培养开始时消耗更多的葡萄糖，同时积累较少的乳酸。此外，在高产克隆中，超过50%的细胞内乳酸来源于细胞外丙酮酸，而在低产克隆中仅占30%。培养四天后，高产者能够消耗积累的乳酸，而低产者则不是这种情况。更重要的是，在高产者克隆中，TCA代谢物是从葡萄糖中补充的，这表明TCA循环的活性增加，这可能是高产量的标志。研究一致表明，重组蛋白的产生与TCA循环中葡萄糖的更有效利用相关。     特异性基因沉默或过表达也被证明会改变细胞代谢。例如，与对照细胞相比，bcl-2 抗凋亡基因的内源表达水平或苹果酸脱氢酶II的过表达导致乳酸积累减少和NADH丰度降低。      最后，本综述中引用的研究在培养基配方方面的多样性可能解释了所发现的一些差异。例如，与化学成分确定的杂交瘤培养基相比，使用化学成分确定的CHO培养基可以降低乳酸峰值浓度。研究还表明，在HiPDOG培养物中将葡萄糖浓度维持在几乎可以忽略不计的水平能够使乳酸、渗透压和氨维持在抑制水平以下。同样，培养基中谷氨酰胺（细胞的另一个主要碳源）的浓度对CHO代谢状态有重大影响。与在高谷氨酰胺培养基中生长的培养物相比，在低含量谷氨酰胺培养基中，糖酵解通量显著增加，而PPP降低2倍。在低谷氨酰胺培养基培养中，TCA循环使用丙酮酸而不是乳酸生产更为重要，Kirsch等人也观察到了这一点。其他研究也报道了这种培养条件下TCA通量的增加，包括在CHO-DHFR细胞中。      尽管如此，MS代谢组学和13C MFA对使用其他方法获得的结果进行分析，当用于提高我们对CHO细胞代谢的了解并确定主要趋势时，可能是一种有效的策略。未来的研究必须解决代谢变化与mAb产量之间的因果关系。这可以通过使用代谢组学以外的几种“组学”工具（如基因组学、表观基因组学、转录组学和蛋白质组学）将实验中获得的信息联系起来来实现。此外，单细胞“组学”的可用性增加可能会增加我们对单个细胞的了解，从而允许对可能的异质细胞群进行精细分析，最终改善克隆选择。识别微信二维码，添加抗体圈小编，符合条件者即可加入抗体圈微信群！请注明：姓名+研究方向！本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。

关注并星标CPHI制药在线上文简述了线粒体与癌症的关系，以及亲脂性阳离子小分子化合物，改变线粒体膜通透性的小分子化合物和靶向己糖激酶 2(hexokinase 2，HK2)的小分子抑制剂，本文继续介绍靶向ETC的小分子化合物，靶向三羧酸（TCA）循环的小分子化合物，靶向线粒体DNA 的小分子化合物和多肽类靶向序列。相关阅读：《靶向线粒体在肿瘤治疗中的研究进展（一）》04靶向ETC的小分子化合物电子传递链（ETC）是由铁硫蛋白、黄素蛋白、辅酶 Q10 及细胞色素等递电子体/递氢体组成的级联反应体系，其通过有序传递还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸（FADH2）中的电子，驱动质子跨膜梯度形成以合成 ATP，为细胞提供约 95%的能量供应。作为细胞能量代谢的核心枢纽，ETC 同时也是内源性活性氧（ROS）的主要来源。当 ETC 功能异常时，电子泄漏会导致ROS过量生成，引发线粒体氧化损伤及代谢重编程，这种功能紊乱与多种恶性肿瘤的演进密切相关。因此，选择性抑制 ETC 关键复合物（CⅠ~CⅤ）或调控其 ROS 生成能力已成为肿瘤治疗的重要方向。①线粒体复合物Ⅰ（CI）抑制剂作为线粒体电子传递链（ETC）核心元件，NADH 脱氢酶复合体（CI）通过介导NADH 的2 个电子经铁硫蛋白传递至辅酶Q，驱动跨膜质子梯度形成。靶向抑制CI可阻断电子传递过程，导致 ATP 合成障碍而发挥抗肿瘤效应。经典降糖药二甲 双胍可依赖膜电位蓄积于线粒体，在 5 mmol·L⁻¹浓度下显著抑制 CI 活性，对乳腺癌及结直肠癌模型显示出治疗潜力。其结构类似物苯乙双胍对 CI 的抑制效力提升了20 倍，在人血小板模型中 IC50 达55 μmol·L⁻¹。新型抑制剂 IACS-010759能通过选择性破坏糖酵解缺陷型缺氧肿瘤细胞的线粒体功能实现精准杀伤，在保持正常细胞安全的前提下，已进入乳腺癌与急性髓系白血病的 I期临床研究（NCT03291938/NCT02882321）。基于高通量筛选发现的 SMIP004采用泛醌非竞争性抑制机制，通过阻断 NADH 氧化引发氧化应激级联反应，最终诱导 LNCaP S14CI 细胞周期停滞。经结构优化获得的衍生物 SMIP004-7通过增强靶标结合能力，抗肿瘤活性提升了 5倍，展现出更优的体内药效转化前景。②线粒体复合物Ⅱ（CⅡ）抑制剂CⅡ是由琥珀酸脱氢酶(SDH)和铁硫蛋白组成，将从琥珀酸得到的电子传递给辅酶Q，再通过辅酶Q传输到CIII，之后经过CⅣ和CⅤ(ATP合酶)生成ATP。靶向 CⅡ的α-生育酚琥珀酸酯（α-TOS）可通过竞争性占据 SDH 泛醌结合位点，诱导肿瘤细胞特异性 ROS 爆发及线粒体功能障碍，实现选择性杀伤效应。该化合物作为二线抗肿瘤辅助剂，在急性淋巴细胞白血病治疗中显示出临床转化潜力。此外，研究发现通过三苯基鏻（TPP+）基团对其结构进行线粒体靶向修饰，可使促其凋亡活性提升10-100 倍，显著增强对耐药肿瘤的清除能力。③调控活性氧自由基（ROS）的小分子药物活性氧自由基（ROS）是一类高活性含氧自由基，其过量积累可引发氧化应激损伤，与多种疾病进程密切相关。肿瘤细胞因代谢异常常处于高 ROS 水平，通过选择性增强其氧化应激可触发肿瘤细胞死亡。例如，雌二醇代谢物2-甲氧基雌二醇（2-ME）可通过诱导亚硝基化应激及自由基生成发挥抗肿瘤作用，但因缺乏雌激素受体结合活性而具有更优选择性。尽管在多种实体瘤中推进至 II 期临床试验（如 NCT00444314），但均因疗效或安全性问题未能获批。研究显示，维生素 K3（VK3）作为经典 ROS 诱导剂，经结构优化可显著提升抗肿瘤效能。通过阳离子靶向基团修饰获得的 MitoVK3可高效蓄积于线粒体，通过抑制硫氧还蛋白还原酶2（TrxR2）引发 ROS 爆发，其促氧化活性较母体化合物提升了6倍。此外，基于非甾体抗炎药吲哚美辛与布洛芬设计的三苯基膦靶向衍生物，可通过诱导线粒体外膜透化（MOMP）诱导线粒体损伤，从而产生 ROS。05靶向三羧酸（TCA）循环的小分子化合物TCA循环是需氧生物能量代谢的核心通路，通过一系列酶促循环反应，为细胞提供生物能量、生物合成原料及氧化还原平衡支持。尽管肿瘤细胞因“Warburg效应”倾向于糖酵解供能，但其快速增殖仍高度依赖TCA 循环产生的 ATP 及代谢中间产物。研究表明，肿瘤基因与抑癌基因的失衡导致肿瘤细胞对 TCA 循环的代谢依赖性增强，而循环关键酶的突变或失调（如乌头酸水合酶（AH）、异柠檬酸脱氢酶（IDH）、延胡索酸酶（FH）、琥珀酸脱氢酶（SDH）及α-酮戊二酸脱氢酶复合物（KGDHC））可通过干扰燃料分解与代谢流重编程促进肿瘤进展，这为靶向 TCA 循环的抗肿瘤策略提供了理论依据。谷氨酰胺作为TCA 循环的重要碳源，其分解代谢对肿瘤增殖至关重要。小分子谷氨酰胺酶（GLS）抑制剂 CB-839可通过阻断谷氨酰胺向谷氨酸的转化，抑制 TCA 循环中间产物生成及谷胱甘肽合成，目前已进入三阴性乳腺癌的Ⅰ/Ⅱ期临床试验（NCT03875313）。此外，KGDHC作为TCA 循环限速酶，其抑制剂 CPI-613通过靶向二氢硫辛酰胺琥珀酰转移酶（DLST）和二氢硫辛酰胺脱氢酶（DLD），诱导线粒体活性氧（ROS）爆发并诱导肿瘤细胞凋亡，现已在胰腺癌等实体瘤的Ⅱ/Ⅲ期临床试验中评估疗效（EUCTR2018-001587-32-IT）。IDH 突变可致α-酮戊二酸异常转化为致癌代谢物2-羟基戊二酸（2-HG），促进肿瘤发生。突变型 IDH 抑制剂恩西地平（AG-221）和 AG-881通过占据酶活性位点阻断2-HG 生成，其中AG-221已获批用于急性髓系白血病治疗，AG-881则在胶质瘤和胆道肿瘤的Ⅲ期临床试验中展现潜力（NCT04164901）。SDH 作为TCA 循环中的肿瘤抑制因子，其活性受丙酮酸脱氢酶激酶（PDK）调控。PDK 抑制剂二氯乙酸（DCA）通过激活 SDH 增强 TCA 循环活性，逆转糖酵解代谢偏好，诱导氧化应激与凋亡信号，目前已作为代谢调节剂用于肿瘤治疗研究。06靶向线粒体DNA 的小分子化合物哺乳动物线粒体 DNA（mtDNA）是一种长度为 16~18 kb 的环状双链 DNA 分子，包含 2 个核糖体 RNA（rRNA）、 22个转运 RNA（tRNA）和 13 个编码氧化磷酸化系统的多肽链基因。mtDNA 通过转录和翻译生成的蛋白质在调控细胞生长、能量代谢及线粒体稳态中发挥核心作用，其基因变异或表达失调与肿瘤发生发展密切相关。研究表明，阻断 mtDNA 的转录或翻译过程可显著抑制肿瘤细胞增殖，因此 mtDNA 已成为疾病、肿瘤及进化研究中的重要遗传标志物，靶向干预 mtDNA 为抗肿瘤治疗提供了新方向。近年来，针对 mtDNA 的小分子抑制剂开发取得了突破性进展。德国马克斯·普朗克研究所与瑞典哥德堡大学的联合研究团队发现了一种名为 IMT1B 的小分子化合物，它能特异性靶向抑制人类线粒体 RNA 聚合酶（POLRMT），从而完全阻断 mtDNA 的转录过程。机制研究表明，IMT1B 通过结合 POLRMT 的活性位点，破坏线粒体基因组的 RNA 合成，最终导致肿瘤细胞因能量代谢崩溃而死亡。作为首个高选择性 POLRMT 抑制剂，IMT1B 在临床前小鼠模型中展现出显著的抗肿瘤效果，且对正常细胞毒性较低，有望开发为针对实体瘤或代谢依赖性癌症的创新疗法。07多肽类靶向序列①线粒体穿透肽（MPP）相较于小分子化合物，多肽类靶向配体（如线粒体穿透肽，MPP）凭借其优异的生物相容性和低毒性，在构建线粒体靶向递送系统中展现出显著优势。MPP 可通过膜穿透效应将化疗药物或生物活性分子精准递送至线粒体功能位点，并借助自组装特性调控细胞功能，在选择性杀伤肿瘤细胞的同时避免对正常组织的损伤，从而显著抑制肿瘤生长。例如，基于 SS-31 肽羟基化修饰的新型线粒体细胞穿透肽（mtCPP-1）在浓度高达 100 mmol·L⁻¹时仍无细胞毒性，且不影响线粒体功能，其机制可能与线粒体主动摄取肽分子有关。此类特性使 mtCPP-1成为高效、安全的线粒体靶向载体候选分子。有研究开发了一种 MPP 修饰的多柔比星（MPP-Dox）共聚物递送系统：线粒体靶向的 HPMA 共聚物（PM）通过破坏线粒体功能诱导细胞凋亡并抑制转移，而核靶向的 HPMA 共聚物（PN）则通过干预细胞核功能抑制增殖。实验表明，该双靶向系统可显著抑制乳腺癌 4T1 细胞的体内生长，同时克服肿瘤耐药性，为转移性癌症的联合治疗提供了创新策略。②短杆菌肽S短杆菌肽S作为一类多肽抗生素，可通过线粒体膜靶向递送自由基清除分子，在抗氧化应激领域具有独特价值。其衍生物JP4-039由氮氧自由基与短杆菌肽 S偶联而成，能高效富集于线粒体并清除氧自由基，抑制亚硫酸盐诱导的氧化损伤和细胞凋亡。尽管目前尚无短杆菌肽 S及其衍生物直接用于抗肿瘤的报道，但 JP4-039 在胱氨酸尿症治疗中的成功应用提示，此类分子可通过靶向线粒体调控氧化应激通路，未来或可拓展至肿瘤治疗领域，尤其在放疗或化疗引发的线粒体氧化损伤修复中具有潜在开发价值。多重机制共同构成了线粒体参与癌症发生发展的多维网络，从凋亡调控到氧化还原稳态，从离子平衡到遗传物质变异，每个环节均存在促癌与抑癌的动态博弈。当前研究聚焦于开发靶向线粒体 ROS 生成、 MCU 功能或 mtDNA代谢的药物，但其临床应用仍需解决选择性毒性、耐药性及生物个体差异等挑战。例如，针对 MCU 抑制剂的剂量优化需避免干扰正常细胞钙稳态，而调控 ROS 的策略需在促凋亡与保护正常组织间取得平衡。随着单细胞测序与代谢组学技术的发展，未来或可实现对线粒体功能异常的精准解析，或为个体化抗癌治疗提供新路径。参考资料：[1]黄佳藤,王甜甜,刘华,等.线粒体靶向小分子化合物在肿瘤研究中的应用[J].中国现代应用药学,2024,41(22):3245-3254.[2]邹鑫,黄璨,李佳良,等.靶向线粒体在癌症治疗中的作用研究进展[J].肿瘤药学,2024,14(02):166-172.作者简介：小米虫，药品质量研究工作者，长期致力于药品质量研究及药品分析方法验证工作，现就职于国内某大型药物研发公司，从事药品检验分析及分析方法验证。END2025金笔奖征文即将截止，速来投稿！领取CPHI & PMEC China 2025展会门票智药研习社课程预告来源：CPHI制药在线声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼点击阅读原文，进入智药研习社~

-01-引言信号转导和转录激活物（STAT）蛋白家族包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5（STAT5A和STAT5B）和STAT6。在癌症中，STAT蛋白，特别是STAT3和STAT5，作为细胞因子、生长因子及其受体和肿瘤细胞中过表达的其他分子转导信号，同时在转录水平和表观遗传水平上调节大量基因的表达。这些基因参与肿瘤细胞增殖、抑制细胞凋亡、促进癌细胞干化和耐药性。STAT蛋白（尤其是STAT3）直接和间接调节癌细胞中的各种代谢相关过程，包括有氧糖酵解、氧化磷酸化、活性氧（ROS）产生、线粒体能量生成、线粒体膜完整性调节、谷氨酰胺代谢、脂质合成和脂质分解代谢。STAT蛋白还调节肿瘤微环境中免疫细胞的代谢，以诱导免疫抑制和肿瘤细胞侵袭。因此，STAT蛋白的代谢重编程作用对肿瘤生长、抗癌免疫和疾病进展具有深远影响。STAT蛋白已成为逆转多种癌症类型代谢失调的潜在有价值的靶点。-02-一、糖酵解和氧化磷酸化在正常细胞中，ATP和生物合成前体通过糖酵解和氧化代谢途径产生。以往研究发现，即使在氧气存在的情况下，癌细胞也会转向有氧糖酵解，而不是呼吸氧化磷酸化，以支持其快速增殖，这一现象被称为“Warburg效应”。癌细胞还可以利用氧化代谢通过线粒体中脂肪酸和氨基酸的氧化产生ATP。STAT蛋白在癌细胞中的氧糖酵解和呼吸氧化代谢中发挥重要作用。STAT3、STAT5和STAT6调节葡萄糖转运蛋白和一些酶类，如葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）和GLUT3、己糖激酶2（HK2）、烯醇化酶1（ENO1）、丙酮酸激酶M2（PKM2）和乳酸脱氢酶A（LDHA）的表达和活性，它们对癌细胞的葡萄糖代谢至关重要。反过来，PKM2也促进STAT3和STAT5信号传导，STAT5激活缺氧诱导因子1α（HIF1α），导致癌细胞糖酵解的进一步上调。磷酸戊糖代谢途径是糖酵解途径的一个分支，产生NADPH和5-磷酸核糖。NADPH氧化酶（NOX）将电子从NADPH转移到氧，从而产生ROS。免疫调节细胞因子促进双氧化酶2（DUOX2）的上调，通过STAT1和STAT6信号通路导致ROS和DNA损伤的积累。ROS激活Janus激酶2（JAK2–STAT3）信号和STAT5，STAT5上调NOX4和NOX5L以产生更多ROS，增加肿瘤细胞的生长和增殖。除了调节Warburg效应外，线粒体STAT3还促进氧化磷酸化和线粒体电子运输链（ETC）活性。STAT3与细胞死亡调节蛋白GRIM19的相互作用可能促进STAT3向线粒体的易位。一旦进入线粒体，STAT3与ETC复合物I和II相互作用，导致ROS水平降低。STAT3的乙酰化也可能通过STAT3与丙酮酸脱氢酶复合物（PDC）亚基E1（PDC-E1）的相互作用促进线粒体能量调节。PDC是一种连接糖酵解和三羧酸（TCA）循环的线粒体酶，STAT3与PDC的结合加速丙酮酸进入TCA循环，并进一步增加癌细胞中ATP的合成。此外，STAT5还通过增加HIF1α的水平来促进Warburg效应，HIF1α驱动丙酮酸脱氢酶激酶亚型1（PDK1）的产生，从而阻止丙酮酸进入TCA循环，并将代谢转移到乳酸产生。此外，磷酸化的STAT5与线粒体中的PDC-E2相互作用，激活STAT5介导的转录，并促进代谢从氧化磷酸化转变为有氧糖酵解。-03- 二、能量代谢烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）是氧化磷酸化氧化还原反应中的一种辅酶，对能量代谢至关重要。NAD+水平随着人类年龄的增长而降低，其与癌症发病率的增加有关。NAD+水平降低会触发IL-6分泌，从而激活STAT3信号，促进致癌转化和癌细胞干性化。在一些癌细胞中，线粒体受损，ATP生产受损。为了弥补能量不足，STAT3诱导产生氢化物转移复合物（HTC），该复合物催化代谢循环，将氢化物阴离子从NADH转移到NADP+，从而再生NAD+并供应NADPH。在携带BRAFV600E突变的黑色素瘤细胞中，STAT5诱导NAMPT（烟酰胺磷酸核糖转移酶）的表达，这有助于维持NAD+水平。同时，STAT5诱导的NAMPT将黑色素瘤细胞转向与靶向治疗耐药相关的侵袭表型。除了促进NAD+生物发生外，癌细胞中NAMPT的表达增加了α-酮戊二酸（α-KG）水平，导致程序性细胞死亡配体1（PD-L1）通过STAT1依赖性IFN-γ途径上调。因此，癌细胞中NAMPT表达的升高和NAD+代谢的上调抑制了CD8+T细胞依赖性细胞毒性。-04-三、脂质代谢改变脂质合成和脂质分解代谢都在肿瘤发生和治疗抵抗中起着至关重要的作用。癌细胞有效地合成脂质并从肿瘤微环境中输入脂质，并对脂肪组织分泌的脂肪因子、细胞因子和生长因子做出反应。STAT蛋白不仅增加脂质合成和分解代谢，还增加肿瘤细胞的脂质输入，STAT蛋白在多个水平上调节癌症促进脂质代谢。STAT3和STAT5上调脂肪酸结合蛋白（FABPs）和CD36（脂质转运蛋白），导致脂质积聚增加，这支持肿瘤细胞的转移潜力。HER2介导的STAT3激活转录上调脂肪酸合成酶（FASN），这导致从头脂肪酸合成增加。STAT5还上调对脂肪生成重要的其他酶，包括乙酰辅酶A羧化酶1（ACC1）和甾醇调节元件结合蛋白1（SREBP1）。癌细胞的转移潜能与磷脂水平升高和三酰甘油水平降低相关。肿瘤坏死因子诱导蛋白8样蛋白3（TIPE3）也通过激活STAT3促进肺癌的发生，STAT3激活也与磷脂酰胆碱水平升高和三酰甘油水平降低有关。STAT6通过miR-197–叉头盒蛋白J2（FOXJ2）轴抑制胆固醇合成，从而减少内质网（ER）应激和肺癌进展。脂肪酸β-氧化（FAO）等脂质分解代谢途径对于将脂肪酸转化为肿瘤细胞生长和进展的能量来源是不可或缺的。FAO因其在癌症进展、化疗耐药性和癌症干细胞（CSC）维持方面的新作用而备受关注。FAO活性在许多类型的CSC中，以及在化疗耐药和放疗耐药的癌细胞中上调，STAT3介导的FAO限速酶肉碱O-棕榈酰转移酶1，肌肉亚型（CPT1-M）的转录上调对乳腺癌干细胞和化疗耐药细胞中的FAO上调至关重要。一项研究调查了FAO介导的乳腺癌细胞化疗耐药性的潜在机制，结果表明，FAO通过乙酰化激活STAT3，激活的STAT3转录上调ACSL4（长链酰基CoA合成酶4）的表达。这种酶增强磷脂合成，导致线粒体膜中磷脂含量增加，从而提高线粒体完整性。因此，线粒体凋亡途径变得无效，从而阻止化疗诱导的肿瘤细胞凋亡。此外，STAT3还直接调节LPL（脂蛋白脂酶）的表达，从而促进慢性淋巴细胞白血病细胞的存活。肿瘤细胞周围的脂肪组织还分泌脂肪酸、脂肪因子、细胞因子和/或激素（包括leptin、IL-6、VEGF和IL-8）。白色脂肪组织和肿瘤相关脂肪细胞释放的IL-6和leptin水平与STAT3的旁分泌激活相关，STAT3驱动乳腺癌转移、癌细胞干化和化疗耐药性。-05-四、谷氨酰胺代谢的调节除了代谢葡萄糖和脂质外，癌细胞还表现出对谷氨酰胺代谢的依赖，以促进增殖、存活和侵袭。这种谷氨酰胺依赖型癌细胞经历代谢重编程，通过TCA循环驱动谷氨酰胺的利用。STAT蛋白除了通过转录调节促进谷氨酰胺代谢外，参与谷氨酰胺代谢途径的多种酶和受体还通过STAT信号的作用促进细胞增殖、细胞周期进展、上皮间质转化，在癌症进展中发挥重要作用。许多癌细胞（包括非小细胞肺癌、乳腺癌和头颈癌细胞）高度依赖谷氨酰胺以促进其生长和生存，并表现出谷氨酰胺转运体的上调。STAT蛋白转录调控癌细胞中参与谷氨酰胺代谢的几种分子：STAT3通过MYC上调ATB（0），ATB（0）介导的谷氨酰胺摄取维持癌细胞中谷氨酰胺、谷胱甘肽和多种三羧酸循环代谢产物的高细胞内水平。谷氨酰胺一旦进入肿瘤细胞，就会转化为谷氨酸并激活谷氨酰胺酶，谷氨酰胺酶是谷氨酰胺分解的限速酶，在某些癌症中被上调。激活的STAT3直接增加编码谷氨酰胺酶的GLS1的表达。有趣的是，STAT3还上调了关键的ROS清除剂谷胱甘肽，从而保持ROS水平。阻断STAT3抑制谷胱甘肽的产生，导致ROS介导的肿瘤细胞凋亡。此外，MYC和STAT5上调谷氨酰胺合成酶，后者催化谷氨酸转化为谷氨酰胺。这种代谢改变导致核苷酸的产生增加，这与肿瘤细胞的放射治疗耐药性有关。此外，谷氨酰胺和谷氨酰胺代谢酶也通过增加STAT3活性或水平促进癌症进展。谷氨酸通过谷氨酸脱氢酶1（GDH1）或各种氨基转移酶脱氨基为α-酮戊二酸（α-KG），产生L-氨基酸。GDH1活性在结直肠癌及其转移性病变中升高，这与STAT3介导的上皮间质转化（EMT）相关。最后，STAT3信号可以通过上调线粒体中的α-KG来控制细胞核中的DNA甲基化，由此产生的DNA甲基化异常提供了对核基因表达的表观遗传控制。-06-五、肿瘤免疫代谢越来越多的证据证明STAT蛋白在调节肿瘤相关免疫细胞中的糖酵解、氧化磷酸化、ROS产生、脂质代谢、FAO和谷氨酰胺解中发挥重要作用，这些变化也影响抗肿瘤免疫反应。STAT3、STAT5和STAT6介导肿瘤微环境中免疫细胞的代谢重编程，这增加了免疫抑制细胞类型的积累，特别是髓源性抑制细胞（MDSCs）和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs），STAT蛋白还重编程肿瘤微环境中效应T细胞和自然杀伤（NK）细胞的代谢，这些变化以不同方式对其抗肿瘤功能产生积极和消极影响。STAT蛋白诱导代谢重组，这对MDSCs和TAMs的免疫抑制功能很重要。STAT蛋白有助于产生多种免疫抑制因子，包括PD-L1、IL-10、IL-6、IDO1。此外，STAT3、STAT5和STAT1调节ROS水平，ROS可诱导T细胞凋亡和/或铁死亡，并抑制T细胞功能。粒细胞集落刺激因子（G-CSF）和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因素（GM-CSF）分别激活STAT3和STAT5，以上调长链脂肪酸转运蛋白2（FATP2）、FATP4和FATP5。这些FATPs和CD36的上调增强了脂质摄取，这促进了MDSCs和TAM的免疫抑制作用。MDSCs中增强的谷氨酰胺裂解对癌症免疫抑制也很重要。事实上，阻断MDSC中的谷氨酰胺代谢会下调pSTAT3和pSTAT1，从而减少STAT3调控的下游基因的表达，包括IL-10和IDO1。尽管STAT蛋白介导的MDSCs和TAMs中ROS、脂质摄取、脂肪酸氧化和谷氨酰胺代谢的上调通常促进免疫抑制，但CD8+T细胞中STAT蛋白同样介导的代谢变化可具有抑癌和促癌作用。例如，STAT3通过增强FAO活性来抑制CD8+T细胞效应器功能。然而，IL-9诱导的STAT3活性增加和FAO保护Tc9 T细胞免受ROS诱导的铁死亡，并增强其抗肿瘤作用。此外，FAO对于记忆T细胞的形成始终是必要的，这在抗肿瘤免疫中很重要。然而，STAT介导的糖酵解上调在T细胞抗肿瘤功能中具有相反的作用。此外，尽管需要更多的研究来解决这些明显的矛盾，但STAT3介导的NK细胞的Warburg效应可能对NK细胞的抗肿瘤功能至关重要。-07-结语代谢的重编程是公认的癌症进展、治疗抵抗和免疫抑制的驱动因素。大量证据表明，STAT蛋白——尤其是STAT3、STAT5和STAT6，以及STAT1——在协调癌细胞代谢的多个方面发挥着重要作用。STAT蛋白介导的代谢改变影响癌细胞和多种肿瘤相关免疫细胞。引人注目的是，肿瘤微环境中肿瘤细胞或免疫细胞的相同代谢变化可能对癌症进展产生类似或相反的影响。例如STAT3在肿瘤微环境中的阻断部分通过促进糖酵解的增加而增强了T细胞的扩增和肿瘤的浸润，但通过STAT3介导的糖酵解增加以及氧化磷酸化的减少，NK细胞的增殖能力及其抗肿瘤作用都大大增加。因此，由于其在通过多种机制促进癌细胞存活、侵袭、治疗抵抗和免疫抑制方面的重要作用，以STAT3或STAT5为靶点的抗癌治疗有望产生有益的临床效果。参考资料：1.STAT proteins in cancer: orchestration of metabolism. Nat Rev Cancer.2023 Jan 3.公众号内回复“ADC”或扫描下方图片中的二维码免费下载《抗体偶联药物：从基础到临床》的PDF格式电子书！公众号已建立“小药说药专业交流群”微信行业交流群以及读者交流群，扫描下方小编二维码加入，入行业群请主动告知姓名、工作单位和职务。