谷氨酰胺通过调控Wee1表达介导癌细胞尺寸变化的机制研究及其在肿瘤多倍体化中的意义

　　本研究针对肿瘤细胞尺寸调控机制不明的科学问题，开展了谷氨酰胺代谢通路调控细胞尺寸的机制研究。团队通过基因沉默、免疫印迹和细胞尺寸测量等技术，发现谷氨酰胺缺失会通过下调c-MYC导致Wee1表达降低，进而引起细胞尺寸缩小，并证实该通路对多倍体巨癌细胞（PGCCs）的形成具有关键调控作用。这项研究为靶向肿瘤代谢-细胞周期交叉调控提供了新视角。

　　

在肿瘤生物学领域，细胞尺寸调控不仅关系到肿瘤细胞的增殖能力，更与化疗耐药和转移等恶性特征密切相关。尤其值得注意的是，多倍体巨癌细胞（Polyploid Giant Cancer Cells, PGCCs）这类具有巨大细胞体积和多倍体特征的细胞亚群，已被证实与肿瘤复发、转移和治疗抵抗密切相关。然而，究竟是什么因素调控着癌细胞的尺寸变化？代谢重编程如何影响这一过程？这些问题至今尚未得到明确解答。

谷氨酰胺作为癌细胞快速增殖过程中消耗最多的氨基酸，已知能支持生物合成、维持氧化还原平衡并激活生长信号通路，但其是否直接参与细胞尺寸调控仍属未知。同时，细胞周期关键调控因子Wee1（一种激酶）已被发现在酵母和哺乳动物中能通过延迟有丝分裂进入来调控细胞大小，但谷氨酰胺与Wee1之间是否存在联系也从未被探索。正是这些未知的问题，促使印度Ramakrishna Mission Vivekananda教育与研究学院的Pushkar Malakar团队开展了这项研究，其成果已在《Scientific Reports》发表。

研究人员主要采用了几项关键技术方法：利用人宫颈癌细胞系HeLa和乳腺癌细胞系MDA-MB-231进行体外培养，通过设置谷氨酰胺剥夺组和补充组进行干预；采用RNA干扰技术（siRNA）敲低Wee1基因表达；通过蛋白质免疫印迹（Western blot）和RT-PCR/qRT-PCR分别在蛋白和mRNA水平检测Wee1和c-MYC的表达变化；使用显微镜成像和Mosaic 2.4软件测量细胞面积和长度；此外还采用细胞松弛素B（cytochalasin-B）诱导多倍体形成，以模拟肿瘤中的多倍体现象。

谷氨酰胺缺失导致细胞尺寸减小

研究人员首先在HeLa和MDA-MB-231细胞中撤除谷氨酰胺培养72小时，发现两种细胞的尺寸均显著减小，尤其在MDA-MB-231中效果更为明显。这表明谷氨酰胺在维持细胞大小方面具有重要作用。

尺寸减小效应是谷氨酰胺特异性作用

为验证该现象是否为谷氨酰胺特有，团队比较了缺乏谷氨酰胺与缺乏甲硫氨酸和半胱氨酸的培养条件。结果显示，仅谷氨酰胺缺失会导致最显著的细胞尺寸减小，说明该效应具有氨基酸特异性。

谷氨酰胺通过转录和翻译水平调控Wee1表达

机制上，谷氨酰胺缺失显著降低了Wee1在mRNA和蛋白水平的表达。通过放线菌酮追踪实验进一步证明，这种调控主要发生在转录和翻译层面，而非通过影响蛋白稳定性实现。

c-MYC参与谷氨酰胺-Wee1调控轴

由于c-MYC已知能结合Wee1启动子，团队检测了谷氨酰胺对c-MYC的影响。结果显示谷氨酰胺缺失同样降低了c-MYC的mRNA水平，表明c-MYC可能介导了谷氨酰胺对Wee1的转录调控。

Wee1敲低直接导致细胞尺寸减小

为确认Wee1的功能重要性，研究人员使用esiRNA敲低Wee1表达，发现即使在不缺谷氨酰胺的情况下，Wee1缺失也能重现细胞尺寸减小表型，证明Wee1是细胞大小的直接调控者。

谷氨酰胺补充可逆转尺寸减小和Wee1下调

通过剂量实验证明，在谷氨酰胺缺失培养基中逐步添加谷氨酰胺，能剂量依赖性地恢复细胞大小和Wee1表达水平，进一步证实了谷氨酰胺-Wee1-细胞大小调控轴的存在。

Wee1是谷氨酰胺介导的细胞尺寸调控的关键介质

在Wee1敲低的背景下，即使补充谷氨酰胺也无法恢复细胞大小，表明Wee1在该通路中处于核心地位，是谷氨酰胺调控细胞尺寸不可或缺的介质。

谷氨酰胺缺失减少多倍体细胞尺寸

最后，研究人员用细胞松弛素B诱导293T细胞产生多倍体，发现谷氨酰胺缺失显著降低了多倍体细胞的尺寸，说明谷氨酰胺在维持多倍体细胞巨大尺寸方面具有关键作用。

研究结论与讨论部分指出，这项研究首次建立了谷氨酰胺-c-MYC-Wee1-细胞尺寸调控轴，并揭示了该通路在维持多倍体癌细胞巨大尺寸中的重要作用。从机制上看，谷氨酰胺可能通过维持c-MYC表达水平，进而调控Wee1转录，最终影响细胞周期进程和尺寸控制。值得注意的是，多倍体癌细胞通常与化疗耐药和肿瘤复发相关，而这项研究发现这类细胞具有更高的谷氨酰胺需求，提示靶向谷氨酰胺代谢可能成为针对多倍体癌细胞的治疗策略。

该研究不仅为肿瘤细胞尺寸调控的代谢机制提供了新见解，还为开发针对谷氨酰胺代谢-Wee1通路的抗癌治疗提供了理论依据，特别是在解决多倍体癌细胞相关的治疗抵抗和肿瘤复发方面具有潜在转化价值。