RPS6KB1 x Akt-1

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Tracy 【导读】 环状GMP-AMP合酶（cGAS）是一种胞质DNA传感器，可启动STING依赖性先天免疫反应，与染色质紧密结合，其催化活性受到抑制；然而，cGAS募集到染色质的机制，以及染色质结合cGAS（ccGAS） 的功能尚不清楚。在本研究中，团队发现mTORC2介导的人cGAS丝氨酸37磷酸化，促进其在结直肠癌细胞中的染色质定位，独立于STING调节细胞生长和耐药性。 2024年7月30日，北京医院深圳医院林媛团队在期刊《Nature Cell Biology》上发表了题为“mTORC2-driven chromatin cGAS mediates chemoresistance through epigenetic reprogramming in colorectal cancer”的研究论文。本研究为mTOR抑制介导的化学耐药性，提供了机制上的见解，并暗示靶向mTORC2-ccGAS-KGA轴，可以改善癌症治疗。 https://www.nature.com/articles/s41556-024-01473-0 研究背景 01 环状GMP-AMP合酶（cGAS）在感应到侵入病原体的胞质双链（ds）DNA时，催化形成环状GMP-AMP（cGAMP）分子或宿主基因组内的损伤，激活cGAS-STING通路。该途径在免疫检测中，起着既定的作用。然而，癌细胞通常会抑制STING活性，同时保留cGAS的前哨功能，这表明cGAS可以独立于STING，执行额外的隐蔽角色。值得注意的是，cGAS不直接接触核小体 DNA，而是紧密锚定在组蛋白2A-组蛋白2B上的“酸性斑块”上。这种染色质拴系阻断了活性cGAS二聚体的形成，并防止对自身DNA的反应。尽管如此，cGAS募集到染色质及其染色质功能的机制，仍然难以捉摸。 雷帕霉素的机制靶点（mTOR）通路整合了细胞外信号，以调节细胞对环境变化的反应。mTOR形成两个复合物，mTORC1和mTORC2。最近的证据表明，mTOR与耐药性有关。抑制mTOR可诱导哺乳动物胚胎处于休眠状态，并在癌细胞中诱导可逆的滞育样状态，赋予对化疗的耐受性。这种mTOR阻断剂可防止结直肠癌和白血病中的化疗药物。在本研究中，通过高通量化合物筛选，团队发现mTOR抑制会破坏cGAS-染色质拴系。mTORC2直接在丝氨酸37位点磷酸化cGAS，促进染色质锚定。ccGAS敲低在正常条件下，抑制结直肠癌细胞生长，但诱导对氟尿嘧啶（一种一线疗法）的获得性耐药性。 研究进展 02 cGAS耗竭在结直肠癌细胞中诱导滞育样状态 诺考达唑同步后，cGAS敲低诱导HCT116细胞中G1/S期停滞。过表达shRNA抗性S37D或S213D，cGAS挽救了这种停滞，而S37A突变体或STING激活剂 （ADU-S100） 则没有。平板克隆和细胞计数试验证实，cGAS敲低抑制HCT116细胞生长，S37D挽救了HCT116细胞生长，但S37A过表达未挽救HCT116细胞生长。因此，ccGAS耗竭诱导结直肠癌细胞周期停滞。 具有染色质定位的cGAS的细胞，表现出小的梭形“上皮样”形态。相比之下，那些具有非染色质cGAS的细胞，看起来又大又圆，具有“滞育样”形态，其特征是细胞周期停滞和增殖减少。抑制PI3K-mTORC2或RICTOR敲低，诱导滞育形态，而抑制AKT1-mTORC1-S6K轴或RAPTOR敲低，不会改变形态。总之，抑制mTORC2-ccGAS轴，可诱导结直肠癌细胞中的滞育样可塑性。 ccGAS耗竭，诱导结直肠癌细胞出现滞育样状态和化疗耐药性。 ccGAS耗竭限制肿瘤生长并诱导化疗耐药性 氟尿嘧啶（5-FU）是一种广泛使用的结直肠癌化疗药物，在正常生长条件下，cGAS敲低抑制HCT116细胞增殖，但使细胞对5-FU诱导的死亡脱敏。将野生型cGAS再敏细胞重新表达为5-FU，通过用JR-AB2-011抑制mTORC2，来阻断这一作用。表达S37D或S213D突变体，也使细胞对5-FU重新敏感，而S37A则没有。与ccGAS不同，STING激活或敲低，不影响结直肠癌细胞的5-FU耐药性。此外，ccGAS对化学耐药性的调节，与MLH1状态无关。这种由ccGAS介导的STING非依赖性化学耐药性，在具有不同微卫星不稳定性的结直肠癌细胞系中泛化。敲低mTORC2特异性亚基RICTOR和SIN1，也降低了HCT116细胞中5-FU的敏感性。S37D突变体（而非野生型cGAS）过表达，将mTOR或RICTOR敲低HCT116细胞再敏化为5-FU，表明mTORC2驱动的ccGAS调节化学敏感性。 在小鼠异种移植模型中，将cGAS敲低或对照HCT116细胞，皮下注射到裸鼠中。3周后，与对照组（100%）相比，cGAS敲低小鼠（37.5%）的肿瘤形成显著减少。在5周时，肿瘤体积和重量在敲除中也显著减少。过表达cGAS-S37D在敲低中挽救了肿瘤的形成和生长，而cGAS-S37A则没有。这些结果表明，ccGAS耗竭通过抑制增殖能力，来抑制结直肠癌的致瘤性。 当肿瘤直径达到5mm 时，腹膜内给药5-FU 5周。与之前的肿瘤生长观察结果一致，在盐水治疗下，cGAS-敲除肿瘤的生长速度，比对照组慢。然而，虽然对照组对5-FU反应灵敏，但cGAS敲低肿瘤则没有反应。过表达S37D，cGAS在敲低中恢复了5-FU反应，而cGAS-S37A则没有。这些发现表明，即使以减少增殖为代价，ccGAS耗竭也会促进化学耐药性， 这表明恢复ccGAS功能可以克服化学耐药性。 mTORC2驱动的ccGAS，在体内指导结直肠癌可塑性和获得性化疗耐药性。 研究结论 03 在本研究中，团队揭示了mTORC2 诱导的丝氨酸37位点cGAS磷酸化，促进其染色质募集和功能的机制。这种翻译后修饰，代表了影响癌细胞中cGAS依赖性过程的关键调控节点。通过调节cGAS-染色质定位，PI3K-mTORC2信号转导在正常条件下支持增殖，但其破坏会引起对化疗的获得性化疗耐药性。 这阐明了PI3K-mTORC2-ccGAS通路在肿瘤生长和治疗反应中的重要性。 团队发现，抑制mTORC2-ccGAS轴，可驱动结直肠癌细胞，进入类似滞育的化学抵抗状态。滞育样可塑性，是ccGAS耗尽时耐药性的基础。 添加ccGAS作为生物标志物， 或许有助于优化将mTOR抑制剂与KGA断剂相结合的策略，以消除持续的静态化疗耐药性肿瘤。 本研究还揭示了一种表观遗传机制， 即mTORC2通过ccGAS修饰染色质。 ccGAS 选择性地将SWI/SNF复合物，募集到调节DNA复制和谷氨酰胺分解的区域。虽然靶向SWI/SNF具有挑战性，但选择性抑制下游淋巴结（如KGA），可能会提高肿瘤学的精准度。 虽然研究结果表明，mTORC2介导的S37磷酸化促进 cGAS-染色质定位， 但不能排除PI3K-mTORC2信号传导下游其他因子的贡献。 总之，团队提供了临时证据，证明mTORC2-ccGAS-KGA轴，介导癌症中的细胞可塑性和获得性化疗耐药性。进一步探索调节因子和途径，可能会优化针对适应性生存的精确策略，其有待验证。持续的研究，有望改善cGAS生物学的临床影响。 参考资料： 1.Motwani, M., Pesiridis, S. & Fitzgerald, K. A. DNA sensing by the cGAS-STING pathway in health and disease. Nat. Rev. Genet. 20, 657–674 (2019). 2.Chen, C. & Xu, P. Cellular functions of cGAS-STING signaling. Trends Cell Biol. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2022.11.001 (2022). 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情

首个AKT抑制剂上市 2023年11月17日，美国FDA宣布，批准由阿斯利康（AstraZeneca）公司开发的AKT抑制剂Truqap（capivasertib）上市，与fulvestrant联合使用，治疗激素受体（HR）阳性、人表皮生长因子受体2（HER2）阴性的晚期或转移性乳腺癌成年患者。 Truqap（capivasertib）是一款“First-in-class”全球首个获批上市的AKT抑制剂，可选择性靶向3种AKT激酶异形体AKT1/2/3的腺苷三磷酸（ATP）；距离2023年6月12日FDA授予Capivasertib+氟维司群的新药申请（NDA）优先审评资格不到半年时间。 III期CAPItello-291研究中，Capivasertib+氟维司群针对HR+/HER2-晚期乳腺癌患者具有统计学意义的无进展生存期（PFS）改善，中位PFS为7.2个月，其中伴有或者不伴有AKT通路异常的患者均能获益（中位PFS分别为7.3个月和7.2个月），并且在CDK4/6抑制剂经治患者（约占总人群的70%）中，也观察到显著的PFS改善。 Truqap上市后，在2023年第一季度（即第一个完整收益期），该药物实现了5000万美元的销售额。有海外分析师认为，Truqap的峰值销售额可达38亿美元。因此阿斯利康对Truqap十分重视，除了TNBC的适应症拓展，公司还相继开展了一项用于三联疗法的III期研究（Truqap+CDK4/6+氟维司群一线治疗HR+/HER2-晚期乳腺癌）。 III期临床失败 但很不幸，2024年6月18日，阿斯利康公布了一项III期临床的失败。 阿斯利康公布CAPItello-290研究最新进展（图源：阿斯利康官网） 该试验名为CAPItello-290，是一项随机双盲III期试验，共纳入患者923人，旨在评估其AKT抑制剂Capivasertib（商品名：Truqap）联合化疗（紫杉醇）作为局部晚期（无法手术）或转移性三阴乳腺癌（TNBC）患者一线治疗的疗效与安全性。试验主要终点包括：（1）总体试验人群的OS（2）携带特定生物标志物改变（PIK3CA、AKT1或PTEN）亚组的OS。 试验结果显示，Truqap联用组合并未达总生存期改善（OS）双重主要终点，即无论是试验总人群，还是生物标志物亚组人群均未发现OS显著改善。此外，安全性方面与既往研究一致，未发现新的安全性问题。 AKT异常与肿瘤 AKT的名字由来也并非基于它的功能，而是可能反映了AKT信号通路的发现历程。AKT最早可以文献追溯至1977年，来自约翰霍普金斯大学肿瘤学中心的Stephen P. Staal博士在《美国国家科学院院刊》（PANS）上发文称，从自发性淋巴瘤AKR/J小鼠的体外胸腺瘤细胞系AKT8分离到T-8病毒株。10年后，Stephen P. Staal博士再次发表AKT8癌基因及其人类同源物的分子克隆，病毒基因组包含病毒和非病毒的细胞相关序列，非病毒序列被命名为v-akt，推测是AKT8病毒的病毒癌基因。因此，AKT 名字中的“Ak”是指发生自发性胸腺淋巴瘤的AKR小鼠品系，“t”则代表“胸腺瘤”。这也导致后来确定了人源同基因/蛋白时，AKT名字被继续沿用。  目前，AKT丝氨酸/苏氨酸激酶家族共发现了三种高度同源的亚型，即AKT1（PKBα）、AKT2（PKBβ）和 AKT3（PKBγ）。AKT三种亚型分别由39个氨基酸铰链区隔开的N端pleckstrin同源 (PH) 域和大的中央激酶域以及C端调节域 (RD) 组成。其中，PH域约有60%的同源性，而激酶结构域的同源性则超过85%。受多种细胞外刺激的刺激，各个AKT成员在不同环境中也具有广泛多样的下游效应。 在分布表达上，AKT1和AKT2存在较为广泛。其中，AKT1通过抑制细胞凋亡过程参与细胞存活途径，可以阻止细胞凋亡从而促进细胞存活，被认为是许多类型癌症的主要因素。AKT2的表达在褐色脂肪、骨骼肌和肝脏等胰岛素反应组织中升高，是胰岛素信号通路中的重要信号分子，诱导葡萄糖转运；AKT2缺失导致小鼠轻度生长缺陷并表现出糖尿病表型（胰岛素抵抗）。AKT3似乎主要在大脑中表达，虽然也在骨骼肌和肝脏中的表达，但水平较低，其作用不太清楚。在癌细胞中，AKT1 参与增殖和生长，促进肿瘤发生并抑制细胞凋亡；AKT2 调节细胞骨架动力学，有利于侵袭和转移；AKT3 过度激活在癌症中的作用仍然存在争议，尽管其存在刺激细胞增殖的可能。不过，在术语上PKB或AKT可能统称所有三个基因/亚型，但有时也用于单独指代AKT1 / PKBα。 PI3K/AKT/m-TOR通路，简称PAM通路，被证明与多种恶性肿瘤的发生、进展和转移密切相关。PI3K/AKT/mTOR 通路是人类癌症中最常改变的信号通路，38% 的癌症患者中发现了 PI3K/AKT/mTOR 通路的改变，主要包括PTEN (30%)，其次是 PIK3CA (13%) 和 AKT1 (1%) 的突变。在乳腺癌中，超过 50% 的患者表现出其中一种或多种基因的改变，包括 PIK3CA 突变 (31%)、PTEN 缺失 (34%)、PTEN 突变 (5%) 和 AKT1 突变 (3%)。 基于肿瘤基因测序的精准肿瘤学试验数据，AKT1-3突变在人类癌症突变中的占比约为3%-5%。其中，E17K是最常见、特征明确的激活突变，但在迄今为止的大型肿瘤测序研究中，E17K仅占AKT1-3突变的15%左右。常见的E17K突变体和稀有的L52R、Q79K和D323H突变体都清楚地激活并驱动癌症转化。然而，与野生型AKT相比，这些突变体都不会使细胞对变构或ATP竞争性抑制剂更敏感。 AKT信号通路 PI3K-AKT信号通路是一种细胞内信号转导途径，响应细胞外信号，调节多种细胞功能，例如代谢、增殖、细胞存活、生长和血管生成等。通路涉及的关键基因是 PI3K（磷脂酰肌醇3-激酶）和AKT（蛋白激酶B），所以将这一通路命名为PI3K-AKT信号通路。它与多个通路存在直接连接，如上游的Toll like receptor、B cell receptor、JAK-STAT信号通路和下游的蛋白翻译、细胞周期、细胞凋亡、P53信号通路等。 PI3K-AKT 激活 PI3K-AKT两个分子互作关系主要涉及2个代谢物和2个编码基因，关键代谢物为PIP2（磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸）和PIP3（磷脂酰肌醇-3，4，5-二磷酸），关键基因为PTEN（脂质磷酸酶）和PDK1（3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1）。 PI3K（磷脂酰肌醇3-激酶，Phosphatidylinositide 3-kinases）是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，由一个调节亚基（p85）和一个催化亚基（p110）组成。当配体与膜受体结合后，受体激活p85并招募p110，进而催化膜内表面的PIP2生成PIP3。 AKT激活经历了双重磷酸化。作为PI3K的下游蛋白，AKT主要有两个重要的磷酸化位点Thr308和Ser473，也分别对应着激酶结构域（被PDK1磷酸化）和调节域（mTORC2磷酸化）。PIP3生成后，作为第二信使招募PDK1和AKT蛋白到质膜上，使PDK1磷酸化AKT蛋白的308号位的苏氨酸（Thr 308），导致AKT部分活化。Ser 473 位点被mTORC2 磷酸化，可激发AKT 的完全的酶活性。 PTEN蛋白是PI3K-AKT信号通路的主要负调节蛋白，拮抗PI3K和AKT，使PIP3 脱磷酸，通过抑制AKT磷酸化并使其去磷酸化，使得细胞中的AKT磷酸化水平降低，从而阻断PI3K-AKT信号通路，抑制细胞生长，促进细胞凋亡。 PI3K-AKT 下游蛋白 AKT激活后会磷酸化其下游靶标，如MDM2、TSC2、GSK3、FOXO、mTOR等，调控细胞的生长、存活、增殖、糖代谢等一系列生命活动，进而参与癌症、心血管疾病、糖尿病及神经系统疾病等发生发展。 1. TSC2 AKT通过磷酸化TSC2激活mTOR通路，阻止TSC1、TSC2对小G蛋白RHEB的负调控，从而间接激活mTORC1来促进细胞生长。mTORC1是翻译起始和核糖体生物发生的关键调节因子，在细胞生长控制中起着进化保守的作用。它能激活S6K和真核起始因子4E(eIF4E)-结合蛋白1 (4E-BP1)，S6K 能激活核糖体S6并促进蛋白合成和细胞生长。 2. BAD BAD是Bcl-2家族中促进凋亡的主要基因之一，AKT磷酸化BAD导致其活性抑制，从而保持Bcl2、Bcl-xl抑制凋亡的作用。 3. MDM2 AKT能够通过磷酸化 p53 的泛素连接酶—MDM2而使其激活， 从而抑制p53产生的细胞周期阻滞与凋亡。 4. p21 和 p27 CDK（周期蛋白依赖性激酶，cyclin-dependent kinases）是细胞周期调控中的重要因子。Akt 通过磷酸化 CDK 的抑制蛋白p21和 p27，进而影响细胞增殖。 5. GSK3β GSK3β（糖原合成酶激酶3β）是一种在进化上非常保守的丝氨酸/苏氨酸激酶，参与肝糖代谢，在 Wnt 通路中扮演重要的角色。正常情况下GSK3β可以磷酸化β-catenin使其经蛋白酶体降解，AKT磷酸化GSK3β后，导致GSK3β失活，不能再磷酸化β-catenin，致使β-Catenin在胞浆内大量聚集，从而进入细胞核并激活与细胞分裂和生长调控相关的基因（如c-myc和Cyclin D1等）。 6. IKK ( IκB kinase ) IKK ( IκB kinase ) 被AKT磷酸化激活，IKK进一步磷酸化，抑制能够抑制NF-kβ途径的转录因子IκB，最终结果是AKT正向调控了NF-kβ途径，从而对细胞生存、增殖、侵袭、血管生成和化疗耐药产生影响。 7. ASK1  ASK1（凋亡信号调节激酶1）是一种能够激活 JNK 信号通路的MAPKKK，与凋亡诱导，促凋亡和内皮网应激(ERS)有关，AKT磷酸化ASK1后，导致其活性抑制。 8. FOXO  FOXO是一种凋亡诱导转录因子，AKT磷酸化FOXO后导致FOXO1从细胞核移位到细胞质，从而抑制FOXO1的转录因子功能。 AKT抑制剂研发困难重重 针对该通路的研究收获颇丰，目前已经上市的PI3K抑制剂Alpelisib和mTOR抑制剂依维莫司都是乳腺癌临床治疗的一线选择。 然而作为PAM通路的中心节点，AKT结构及活化机制AKT发现至今已近30年，却迟迟未见成果。 第一个进入临床试验阶段的GSK-690693，因安全性问题，仅在Ⅰ期临床试验就停止了研发；曾被给予厚望的礼来AKT/RSK的双靶点抑制剂LY2780301因有效性不足于临床二期终止，同样遭遇失败的还有拜耳的BAY1125976、默沙东的MK-2206…… 阿斯利康曾经最大的对手，罗氏所研发的针对AKT三种亚型的选择性ATP竞争性小分子抑制剂Ipatasertib也基本倒在了自身问题上，于2020年相继中止了两项三期乳腺癌临床试验。 AKT靶点药物研发的核心难题在与AKT的3种亚型序列同源性达80%以上，其结构的高度相似性让寻找专一的激酶抑制剂极为困难，早期哪怕是进入临床阶段的AKT抑制剂均无法区分Akt各亚型。 除此之外，多靶点抑制、缺乏精准选择、生物利用度低、严重的不良反应、不足的治疗效果，以及狭窄的治疗窗口等，每一项缺点都足以让人放弃这个作用机制过于复杂的靶点。 得见曙光 绝非安枕无忧 视线回到首个获批上市的Capivasertib身上来。 这款first-in-class的三磷酸腺苷(ATP)竞争性抑制剂，可抑制所有三种AKT亚型（AKT1/2/3），且作为口服药物以四天用药、三天停药的间歇剂量给药方案进行。 Capivasertib的关键CAPItello-291研究结果 但值得一提的是在适应症方面，Capivasertib仅被批准用于治疗伴有一种或多种生物标志物改变（如PIK3CA、AKT1或PTEN），曾接受内分泌治疗后病情进展或在完成辅助治疗后12个月内复发的局部晚期或转移性乳腺癌患者。 目前实际算下来，真正能用上Capivasertib的患者群体并不算多，构成了潜在市场威胁。 阿斯利康显然清晰的意识到了这一点，前列腺癌、非小细胞肺癌、胃癌等适应症均在同步进展当中，其中治疗去势抵抗性前列腺癌、激素依赖性前列腺癌的CAPItello-280、CAPItello-281 两项研究均已进入临床III期。 相较于同通路的PI3K抑制剂，AKT靶点的全球临床研发布局可谓冷清，在研项目仅54种，其中又不乏中国biotech的身影。 AKT靶点临床2期及以上在研药物 来源：凯莱英药闻 随着近年来对AKT作用机制的不断探索，在AKT抑制剂研发领域，已逐渐取得一定的积极进展。除了阿斯利康的Capivasertib外，罗氏的ipatasertib（GDC-0068）、来凯医药的afuresertib（LAE002）均已进入关键临床研究阶段，构成了全球AKT研发的第一梯队。 国内公司研发的产品包括来凯医药的LAE002、海昶生物的WGI-0301、正大天晴的NTQ1062、珍宝岛药业的HZB0071和浙江大学的Hu7691等。来凯医药算是其中翘楚，核心产品LAE002瞄准AKT过表达优势瘤种铂耐药卵巢癌（PROC），在子宫内膜癌和子宫颈癌方向也有所布局；此外海昶生物同样值得注意，另辟蹊径的选择了布局了小核酸药物形式，目前已进入临床二期。 未来AKT抑制剂的研究方向在于提高激酶选择性、降低给药剂量、扩大治疗窗口，以期发现疗效更好、更安全的临床药物。 创新药研发从不是一件容易的事，当下风头无二的靶点，也都曾经历过低谷和质疑。当AKT这样久经历练的靶点，在一代代医药人的努力下，跨过理论和临床的阻碍，成功的表达出理论中的疗效，最终响应临床需求。 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

导语：对动物而言，冬眠是通过减少体力活动和全身新陈代谢，从而在食物匮乏和寒冷的冬季环境中生存的关键生存策略。黑熊为冬眠动物，每年需冬眠5-7个月。尽管每年有持续半年时间不活动，但黑熊仍能维持较好的肌肉质量和力量。研究表明，冬眠期间，黑熊对骨骼肌萎缩的抵抗力和新陈代谢的维持可能是通过体液或全身因素来实现的。冬眠熊的血清或血浆中可能含有一些全身循环因子，这些因子会影响骨骼肌蛋白质代谢的调节，并有助于在冬眠期间维持骨骼肌质量。骨骼肌是人体中高度可塑的组织。通过体育锻炼增加收缩活动会触发骨骼肌肥大，转变为慢肌类型，并通过线粒体生物发生增加氧化能力。相比之下，长时间不活动或营养不良会导致人体代谢功能障碍，例如骨骼肌萎缩、转变为快肌类型以及能量代谢不足。由于骨骼肌质量的损失和代谢功能障碍与较短的健康寿命直接相关，因此良好的骨骼肌质量和代谢特征是人类健康生活的一大保证。黑熊血清中含有的物质恰好可以防止人类肌肉萎缩。2022年1月，日本北海道大学研究团队在PLOS ONE发表题为“Supplementing cultured human myotubes with hibernating bear serum results in increased protein content by modulating Akt/FOXO3a signaling”的研究成果（图1）[1]。结果表明冬眠熊血清培养的人骨骼肌细胞的总蛋白质含量显著增加，可通过抑制由Akt-FOXO3a信号传导介导的蛋白质降解系统抑制蛋白质降解。图1 研究成果（图源：[1]）本研究通过在体外培养的人骨骼肌细胞中添加冬眠熊血清（Hibernating bear serum，HBS），确定HBS是否会改变骨骼肌的蛋白质和能量代谢；分析了与非冬眠期血清（active period bear serum，ABS）相比，HBS是否会改变调节人类骨骼肌细胞中蛋白质和能量代谢的信号通路。结果发现： 1与ABS相比，HBS提高了人肌管中总蛋白质含量经黑熊血清培养24小时后，人肌管并没有任何明显的形态变化或分化细胞核数量的增加。与ABS相比，HBS培养显著增加了人肌管总蛋白含量。 2HBS诱导Akt/mTORC1通路的激活本研究中使用了完全分化的肌管，因此细胞蛋白质含量的变化基本上反映了蛋白质合成和降解的平衡。鉴于HBS增加了总蛋白质含量，接下来检查了Akt的激活状态和mTORC1（mechanistic target of rapamycin complex 1）途径的机械靶点，这些途径可调节骨骼肌中蛋白质的合成。与ABS相比，HBS培养的肌管中Akt在Thr308处的磷酸化（Akt激酶活性的指标）显著增加；此外，mTORC1活性的直接下游靶点S6K1磷酸化也在Thr389和Thr421/Ser424处显著增强；S6K1的总蛋白表达也增加；Ser473的Akt磷酸化和pan-Akt的表达水平没有改变；蛋白质合成的速率没有明显的变化。这些结果表明HBS处理会诱导Akt/mTORC1通路的激活，但并不直接诱导人骨骼肌细胞中蛋白质合成的激活。 3HBS抑制人类骨骼肌细胞中蛋白质的降解因为总蛋白质含量增加而蛋白质合成系统不受影响，研究人员探索了HBS对培养肌管中蛋白水解系统的影响。骨骼肌中存在两种主要的蛋白水解途径：自噬-溶酶体系统和泛素-蛋白酶体系统。微管相关蛋白1 LC3-II（light chain 3）是自噬体形成的标志物，在肌管中没有改变，表明培养的肌管中的自噬通量没有变化。相比之下，MuRF1（muscle RING-finger protein-1）（一种骨骼肌特异性E3泛素连接酶和已知的肌肉萎缩标志物）的表达在HBS处理后显著降低。Atrogin1蛋白表达没有改变。这些结果表明，HBS抑制人类骨骼肌细胞中通过泛素-蛋白酶体依赖性系统的蛋白质降解。4HBS增强Akt-FOXO轴Akt-FOXO轴可能是骨骼肌细胞中泛素-蛋白酶体系统的潜在调节机制，特别是通过调节atrogin1和murf1基因的转录激活。FOXO3a在Ser253和Ser318/321位点的磷酸化，被Akt直接和间接磷酸化，对于核输出到胞质溶胶和抑制FOXO3a转录因子活性很重要。与ABS相比，HBS处理后肌管中FOXO3a的磷酸化和总表达显著增加。此外，HBS处理后细胞溶质FOXO3a显著增加，而核FOXO3a没有变化。这些结果表明，HBS促进了FOXO3a蛋白在胞质部分的磷酸化和螯合增加，这可能导致FOXO3a的转录活性降低。5HBS提高了IGF-1浓度IGF-1是一种血清生长因子，可诱导骨骼肌中Akt-FOXO3a轴的激活。与ABS相比，HBS处理的骨骼肌细胞IGF-1含量显著更高。该结果表明，冬眠期间血清IGF-1量的增加会影响骨骼肌细胞中的Akt-FOXO3a途径，导致MuRF1表达降低，这是FOXO3a转录活性的潜在靶标。6HBS没有诱导培养的人骨骼肌细胞中的线粒体生物发生先前的研究表明，骨骼肌中的线粒体生物发生在冬眠期间增强，因此，研究人员检测了HBS处理后培养的肌管中OXPHOS亚基蛋白的表达。研究发现大多数因素没有统计学上的显著变化，HBS处理后复合物III的表达有所下降。此外，线粒体生物发生调节因子（过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α：Pgc1a）的基因表达水平和其他线粒体相关因子（线粒体解偶联蛋白3、细胞色素c、细胞色素c氧化酶亚基4和肉碱棕榈酰转移酶-1b）没有显著改变，但Pgc1b表达上调。因此，HBS处理不太可能诱导培养的人骨骼肌细胞中线粒体生物发生。在本研究中，将HBS直接添加到培养的人骨骼肌细胞中，以分析全身体液因子对蛋白质代谢调节的影响。实验结果表明，HBS正向调节肌肉蛋白质代谢，可能是通过抑制由Akt-FOXO3a信号传导介导的蛋白质降解系统，从而导致总蛋白质含量的积累。研究中一个未解决的问题是除了IGF-1之外，HBS中的哪些成分会影响骨骼肌蛋白代谢。尽管在本研究中观察到IGF-1浓度增加，但在熊血清中总蛋白质含量正常化后发现这种情况无效。先前的研究报道，熊血清中的IGF-1浓度呈现出季节性变化，在活跃的夏季期间最高，在冬眠早期最低，然后在冬眠结束时再次升高。因此，如目前的结果所示，很难确定血清IGF-1是否起到维持培养的骨骼肌细胞中蛋白质含量的作用。近年来，利用组学方法对冬眠熊的血清或组织中可能有助于代谢特征的新因子进行了广泛的探索。对冬眠熊血清的脂质组学分析表明，内源性大麻素系统在冬眠期间发生了特异性改变，从而有助于调节脂肪和骨骼肌中的能量代谢。在一项涉及miRNA测序和转录组分析的联合研究中，冬眠期间特异性诱导的三种循环microRNA的表达有助于在冬眠期间长期不活动的情况下预防静脉血栓栓塞。对于人类而言，探索黑熊冬眠期间直接有助于抑制骨骼肌蛋白水解的循环因子有助于研发药物来预防与治疗治疗与长期不活动相关的骨骼肌萎缩。撰文|文竞择排版|乔维钧 End 参考资料：[1]Miyazaki M, Shimozuru M, Tsubota T. Supplementing cultured human myotubes with hibernating bear serum results in increased protein content by modulating Akt/FOXO3a signaling. PLoS One. 2022 Jan 25;17(1):e0263085. doi: 10.1371/journal.pone.0263085. PMID: 35077510; PMCID: 本文系生物探索原创，欢迎个人转发分享。 其他任何媒体、网站如需转载，须在正文前注明来源生物探索。 往期精选 围观 新冠疫苗致月经异常的中东/北非/南美数据：高达66.3%！包括辉瑞/国药/科兴… 热文 巧合？又是武汉海鲜市场！研究在牛蛙中发现霍乱弧菌，霍乱与水产品有何关联 热文 华人自述：感染新冠BA.5后咳血难忍，BA.5抗性是mRNA疫苗的4倍！迄今最糟糕的变异版本 热文 Science重磅！新一代纳米疫苗即将问世，可免疫8种冠状病毒，预防未来变体 热文 西班牙11家医院血液中心：新冠疫苗引发自身免疫性血液疾病？可能性极低 点击“阅读原文”，了解更多~