Nature丨代謝流分析揭示線粒體缺陷的腫瘤細胞通過還原羧化支持生長
胸膜積液（PEs）由多種全身性炎性、感染性和惡性疾病引起。當有胸腔積液時，應尋找積液產生的原因，確保適當的治療。根據積液形成的機制，胸腔積液可分為漏出液和滲出液。如果病人，胸腔積液為漏出液，則可以進行全身治療，無需將注意力轉移到胸膜。如果存在滲出性積液，則應檢查胸膜以找出局部問題的原因。中國超過833名未確診的胸腔積液患者成功的接受了醫學胸腔鏡檢查，在接受內科胸腔鏡檢查的患者中，有40%的患者確診為結核性胸腔積液，遠高于許多國家，并且在中國最常見未確診的胸腔積液是惡性或結核性胸腔積液。本篇文獻展示了一種區分結核性胸腔積液(TBPEs)和惡性胸腔積液(MPEs)的方法。線粒體代謝為腫瘤細胞的生長和增殖提供了合成大分子物質的前體，在正常腫瘤細胞線粒體中，葡萄糖和谷氨酰胺的氧化代謝會產生檸檬酸和乙酰輔酶A來提供腫瘤發生所必需的脂質合成。然而有些腫瘤細胞在檸檬酸循環（citric acid cycle，CAC）或電子傳遞鏈（electron transport chain，ETC）中存在基因突變，從而使線粒體正常的氧化功能喪失，此時腫瘤細胞如何產生大分子合成的前提尚不清楚。代謝流分析可以定量化表征細胞代謝的動態變化和代謝途徑的流量精細分布，揭示疾病發生發展過程中的主要代謝通路變化，促進對生理或病理機制的認識（譜領生物可提供）。本研究通過代謝流分析發現線粒體缺陷的腫瘤細胞是通過谷氨酰胺還原羧化而非氧化代謝來作為形成檸檬酸的主要途徑。該途徑利用依賴于NADP+/NADPH的異檸檬酸脫氫酶和谷氨酰胺產生的檸檬酸，產生用于脂質合成的乙酰輔酶A（AcCoA）并產生CAC代謝物和相關生物大分子合成所需的代謝中間體。研究結果揭示了一種新的谷氨酰胺依賴的代謝途徑，逆轉了典型CAC的許多反應來支持腫瘤細胞生長，并解釋了腫瘤細胞在線粒體代謝受損的情況下如何產生CAC代謝中間體以支持腫瘤細胞的生長。
WT 143B：wild-type 143B
CYTB 143B：cytochrome b-mutant 143B
UOK 262 cell
MEF：mouse embryonic fibroblasts
實驗選取兩種線粒體功能不同但增殖相似的細胞（WT 143B、CYTB 143B）作為研究對象。
1.比較CYTB 143B細胞與WT143B細胞的代謝差異
Figure 1
2.比較兩種細胞中谷氨酰胺的代謝
Figure 2
3.確定參與還原羧化的酶
Figure 3
4.確定還原羧化是否有助于癌細胞生長所需要的脂質合成
5.確定其他類似于CYTB 143B的腫瘤細胞是否也存在谷氨酰胺依賴的還原羧化
Figure 5
6.確定谷氨酸依賴的還原羧化是否是線粒體永久代謝異常細胞特有
Figure 6
已有研究顯示谷氨酰胺還原羧化是哺乳動物細胞中檸檬酸/異檸檬酸和脂質的次要碳來源。但本次分享的研究發現這一途徑也可作為主要的代謝方式產生脂質促進癌細胞的生長，并在抑制ETC時被強烈誘導。這可能是由于ETC功能受限、NAD+/NADH比值下降、CAC氧化能力降低導致的氧化還原代謝紊亂。這種重新定向的CAC擴展了谷氨酰胺代謝在癌細胞生長中的多功能性。
Mullen A R , Wheaton W W , Jin E S , et al. Reductive carboxylation supports growth in tumour cells with defective mitochondria. Nature, 2012, 481(7381):385-8.
