AMPK激活的BAP1通过调控pVHL稳定性抑制肿瘤的新机制及其在胰腺癌治疗中的意义

　　本研究揭示了葡萄糖代谢异常通过AMPK-BAP1轴调控pVHL蛋白稳定性的新机制。研究人员发现能量应激激活AMPK，促使BAP1在S123、S469和S583位点磷酸化，增强其与pVHL的结合，降低pVHL泛素化水平，从而稳定pVHL并抑制PDAC、结直肠癌和卵巢癌的进展。该研究为野生型VHL癌症的靶向治疗提供了新策略。

　　

在肿瘤生物学领域，von Hippel-Lindau蛋白（pVHL）作为关键抑癌因子，通过介导HIFα和Akt等底物的降解或失活发挥重要作用。然而，在携带野生型VHL的多种癌症中，pVHL常常表达下调，且其机制尚未明确。同时，异常葡萄糖代谢作为癌症的标志性特征，驱动肿瘤进展和治疗抵抗，但葡萄糖稳态与pVHL周转及功能之间的联系仍有待阐明。

针对这一科学问题，来自国内多家研究机构团队在《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》发表了重要研究成果。他们发现失调的葡萄糖代谢会 destabilize pVHL，而能量应激（如葡萄糖饥饿、2-脱氧葡萄糖或二甲双胍处理）可激活AMPK（AMP-activated protein kinase），进而磷酸化并激活去泛素化酶BAP1。BAP1此前未被表征的特定功能是靶向pVHL进行去泛素化和稳定化。具体而言，AMPKα在S123、S469和S583位点磷酸化BAP1，增强BAP1与pVHL的相互作用，在体外和体内实验中均促进pVHL的稳定化和抑癌功能。相反，通过AMPKα敲除或磷酸化缺陷型BAP1突变体（S123A/S469A/S583A）破坏BAP1磷酸化，会消除BAP1-pVHL相互作用，导致pVHL稳定性受损并加速肿瘤进展。临床样本分析显示，在PDAC、结直肠癌和卵巢癌标本中，磷酸化AMPKα（p-AMPKα）、磷酸化Ser123-BAP1（pSer123-BAP1）与pVHL水平呈正相关。这些发现阐明了失调葡萄糖代谢损害BAP1-pVHL抑癌轴功能的新机制，表明激活该通路可能成为治疗野生型VHL下调且葡萄糖代谢异常癌症的新策略。

研究人员运用了多种关键技术方法：利用癌症细胞系（如PANC-1、BxPC3）和患者来源异种移植模型（PDX）进行功能实验；通过免疫共沉淀和质谱分析鉴定pVHL互作蛋白；采用点突变和截短体构建研究蛋白功能域；使用环己酰亚胺追踪和泛素化实验分析蛋白稳定性；通过免疫组化分析临床样本中蛋白表达相关性。

葡萄糖稳态以AMPK依赖性方式调控pVHL

研究团队首先发现，在PDAC样本中pVHL表达显著下调，且与患者较好预后相关。葡萄糖饥饿或2-DG处理可增加pVHL蛋白水平，而葡萄糖补充则降低其水平。机制上，葡萄糖可用性通过蛋白酶体途径调控pVHL周转。重要的是，AMPKα（而非SIRT1）是葡萄糖剥夺条件下pVHL稳定的主要调节者：AMPKα缺失降低pVHL蛋白水平，缩短其半衰期，增加其泛素化；而AMPK激活剂（AICAR、二甲双胍）或组成型活性突变体（AMPKα2 CA）则稳定pVHL。功能上，AMPKα缺失促进细胞增殖、肿瘤球形成、癌症干细胞特性及化疗抵抗，而这些效应可被pVHL回补所逆转。

鉴定BAP1为pVHL的真正去泛素化酶

通过串联亲和纯化和质谱分析，研究发现BAP1与pVHL存在相互作用，并经内源Co-IP和体外pull-down实验验证。BAP1缺失降低pVHL蛋白水平（但不影响其mRNA），加速其降解，增加其泛素化；而过表达BAP1野生型（WT）而非催化失活突变体（C91S）则延长pVHL半衰期，减少其泛素化。BAP1主要剪切pVHL上的K48连接多泛素链，并鉴定出K159和K171为关键泛素化位点。

BAP1通过稳定pVHL调控PDAC进展

BAP1缺失降低pVHL水平，增加HIFα、p-Akt及其靶基因表达，促进增殖、干细胞特性和化疗抵抗，而pVHL回补可挽救这些表型。在CDX和PDX模型中，BAP1缺失降低吉西他滨敏感性，促进肝转移，且这些效应依赖于pVHL。过表达BAP1的抑癌作用在pVHL缺失时被消除。

BAP1的N端催化域对pVHL稳定和抑癌功能至关重要

BAP1的1-240氨基酸区域负责与pVHL互作。过表达BAP1 WT而非Δ1-240或C91S突变体能减少pVHL泛素化，增加其蛋白水平，并抑制增殖和增强化疗敏感性。癌症相关突变（M115L、R179W等）损害BAP1与pVHL结合，无法恢复pVHL水平或抑癌功能。

AMPK结合并磷酸化BAP1

AMPKα与BAP1存在内源性和直接相互作用，并可体外磷酸化BAP1。在细胞中，AMPK激活（如葡萄糖饥饿）增强BAP1磷酸化，而AMPK抑制或缺失则降低之。质谱鉴定出S123、S469和S583为AMPK磷酸化位点，其突变（尤其是3A突变）显著降低BAP1磷酸化。磷酸化特异性抗体（pSer123-BAP1）验证了S123磷酸化。模型预测显示，BAP1磷酸化增强其与pVHL的静电相互作用（如与R82/R161）。实验证实，AMPK激活（二甲双胍、葡萄糖饥饿）或BAP1 WT过表达增强BAP1-pVHL相互作用，而AMPK抑制或3A突变则减弱之。

AMPK介导的BAP1磷酸化调控pVHL稳定性和抑癌功能

AMPKα缺失降低pVHL水平，而同时BAP1缺失并不进一步降低之，表明BAP1位于AMPK下游。葡萄糖饥饿或AMPK激活降低pVHL泛素化和增加其蛋白水平的作用在BAP1缺失细胞中消失。AMPK-BAP1互作缺陷突变体（BAP1^Δ595-C或临床截短突变S509*）部分保留pVHL去泛素化和稳定化功能，但抑癌作用减弱。回补BAP1 WT而非3A突变体可恢复pVHL稳定性，且葡萄糖饥饿或二甲双胍处理仅在BAP1 WT细胞中增强pVHL水平和化疗敏感性。在体内，BAP1 WT而非3A突变体抑制肿瘤生长和肝转移。

p-AMPKα和pSer123-BAP1表达与PDAC中pVHL水平正相关

免疫组化显示，在PDAC样本中，pVHL、pSer123-BAP1和p-AMPKα在癌组织中下调，且pSer123-BAP1和p-AMPKα表达分别与pVHL水平正相关。类似趋势也见于结直肠癌和卵巢癌。

该研究结论表明，葡萄糖代谢异常是pVHL不稳定的上游事件。能量应激激活AMPK，直接磷酸化BAP1，增强其去泛素化酶活性，从而稳定pVHL并抑制肿瘤进展。AMPK-BAP1-pVHL轴的发现为野生型VHL癌症提供了新的治疗靶点，尤其是那些存在葡萄糖代谢异常的患者。针对该轴的疗法（如AMPK激活剂）可能具有重要的临床转化价值。