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bioRxiv Cancer Biology· Hatakeyama, N., Miyazawa, T., Toda, M., Miyazawa, T. ·· 13 天前评分40

高剂量脱氢抗坏血酸引发急骤代谢转换:KRAS突变细胞中1小时内TCA循环快速耗竭与甲硫氨酸陷阱早期特征

Acute Metabolic Switch by High-Dose Dehydroascorbic Acid: Rapid TCA Cycle Depletion and Early Signature of Methionine Trap within 1 Hour in KRAS-Mutant Cells

导读

高剂量(10 mM)脱氢抗坏血酸(DHA)在1小时内即在KRAS突变细胞中引发急骤代谢转换:TCA循环中间体α-酮戊二酸与苹果酸显著耗竭(Log2 FC < –2.0,p < 10⁻⁷),甘油酸积累提示糖酵解阻断,游离甲硫氨酸升高(Log2 FC = 1.14,p = 0.011)呈甲硫氨酸陷阱早期特征。1 mM DHA仅引起赤藓酮糖积累和谷氨酸轻度消耗,TCA循环稳态和细胞活性得以维持。

深度解读

致癌KRAS长期以来被视为肿瘤代谢重编程的中枢:它刺激葡萄糖摄取、重新分配糖代谢中间产物的流向、重塑谷氨酰胺利用 [1],并在结直肠癌模型中依赖SLC7A5等氨基酸转运体来维持胞内氨基酸池,以满足增强增殖所需的蛋白质合成 [3]。在针对KRAS突变细胞的诸多思路中,维生素C备受关注:药理剂量抗坏血酸的选择性毒性此前主要归因于促氧化化学——线粒体氧化代谢异常的癌细胞产生更多超氧与过氧化氢,扰乱铁代谢而被选择性杀伤 [2];其氧化形式DHA则可经GLUT转运体进入结直肠癌细胞,并具有抗糖酵解活性 [4]。但卡点在于:DHA毒性在细胞死亡之前最早触发的代谢事件究竟是什么,一直不清楚。

这项研究用胞内代谢组学刻画了DHA暴露后1小时的“超早期”时间窗,发现剂量响应高度非线性。1 mM DHA下仅出现其主要降解产物赤藓酮糖的显著累积(p=0.030)与谷氨酸的中度消耗(p=0.0086),核心TCA循环稳态和细胞活力均得以维持。10 mM DHA下则完全是另一幅图景:甘油酸显著累积提示糖酵解受阻,终末过氧化产物草酸堆积,α-酮戊二酸与苹果酸等TCA中间体快速耗竭(Log2FC < –2.0,p < 10⁻⁷);伴随这一急性能量耗竭,游离甲硫氨酸从对照组的检测限以下升至Log2FC = 1.14(p = 0.011),谷氨酸(p < 0.001)与半胱氨酸(p = 0.0027)则深度耗竭。

这一结果把认识向前推了一步:高剂量DHA的初始反应并非氧化应激的线性累积,而是一场“骤然的代谢开关”——TCA循环先行失能,继而出现“甲硫氨酸陷阱”的早期特征。这为既往以H2O2与活性铁为核心的氧化损伤解释 [2] 补上了更早的代谢时间维度:在损伤充分显现之前,能量代谢与含硫氨基酸代谢已先行崩塌。糖酵解受阻的代谢学证据也与DHA经GLUTs摄取、抑制糖酵活的报道相互印证 [4];鉴于KRAS突变细胞对氨基酸稳态的依赖 [3],甲硫氨酸的异常堆积值得作为这条死亡路径上的早期节点继续追踪。

需要指出的是,该工作目前以预印本形式呈现,观察限于1小时窗口,“甲硫氨酸陷阱”与后续细胞死亡之间的因果链条尚未确立,这一现象是否跨组织类型普遍存在也未经验证。临床层面,高剂量维生素C用于KRAS突变肿瘤已有零星探索,如一例携带非典型KRAS A59T突变的43岁转移性十二指肠癌患者,在一线免疫治疗进展后于二线FOLFOX化疗中联合了高剂量维生素C [5];DHA能否从代谢机制走向治疗策略,仍有赖于上述问题的解答。

来源:bioRxiv Cancer Biology · biorxiv.org