脂质合成的升高是癌症中最具特征的代谢变化之一，并且对细胞膜扩展至关重要。作为脂肪酸合成过程中的关键限速酶，ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）在肿瘤中经常上调，并受到翻译后修饰（PTMs）的调控。尽管越来越多的证据表明ACLY发生O-GlcNAc糖基化，但其生物学功能仍然未知。

2024年10月10日，东北师范大学冯云鹏，魏民和金鑫共同通讯在PNAS （IF=9.4）在线发表题为“O-GlcNAcylation of ATP-citrate lyase couples glucose supply to lipogenesis for rapid tumor cell proliferation”的研究论文。该研究观察到ACLY的O-GlcNAc糖基化在多种人类肿瘤细胞和组织中显著上调，并确定S979是一个主要的O-GlcNAc糖基化位点。

重要的是，S979的O-GlcNAc糖基化对于底物CoA的结合是必要的，并且对于ACLY的酶活性至关重要。此外，这一位点对葡萄糖浓度波动敏感，并且对脂肪酸合成和肿瘤细胞增殖具有决定性作用。在EGF刺激下，S979的O-GlcNAc糖基化和之前研究的S455磷酸化对ACLY活性和细胞增殖的调控均不可或缺，但它们相互独立起作用。在体内实验中，通过链脲佐菌素治疗和EGFR过表达诱导的异种移植肿瘤生长在S979突变后得到缓解。总体而言，这项研究有助于理解细胞如何感知营养丰富的信号以促进增殖，并表明尽管哺乳动物细胞增殖受促分裂因子信号控制，但古老的营养感知机制在多细胞生物的细胞中仍然保留并发挥作用。

与大多数分化细胞相比，癌细胞经历了显著的代谢重编程。为了支持快速细胞增殖过程中膜的生物合成，癌细胞通常通过新生脂肪酸合成增加脂质生成，而不是像正常细胞那样依赖于从循环系统摄取脂质。乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）是脂肪酸合成的基本构建模块，主要由葡萄糖生成。首先，细胞摄取葡萄糖并将其转化为乙酰辅酶A，然后乙酰辅酶A进入三羧酸循环（TCA循环）生成柠檬酸。柠檬酸被运输回细胞质后，通过ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）转化为乙酰辅酶A，用于生成延伸的脂肪酸链以支持脂质生成。大量证据表明，ACLY的表达在多种癌症中频繁上调。抑制或减少ACLY的表达会削弱肿瘤细胞的增殖。因此，研究调控ACLY功能的机制对理解肿瘤代谢至关重要。近年来的研究表明，翻译后修饰（PTMs），包括磷酸化、乙酰化和泛素化，对ACLY功能至关重要。例如，ACLY在S455位点的磷酸化显著增强了其酶活性，因为它提高了底物柠檬酸的结合，并且这种磷酸化在不同类型的肿瘤细胞中明显升高。同时，ACLY在K540/546/554位点的泛素化促进其降解，进而削弱脂质合成和肿瘤细胞增殖。此外，ACLY相同位点的乙酰化则与其泛素化相拮抗，增强了脂质合成，以支持肿瘤细胞增殖。

EGF诱导的肿瘤生长需要ACLY的O-GLCN酰化（图片源自PNAS ）

尽管近来已发现ACLY的O-GlcNAc糖基化，其生物学功能仍然未知。O-GlcNAc糖基化通常发生在丝氨酸和苏氨酸上，由O-GlcNAc转移酶（OGT）和O-GlcNAc水解酶（OGA）可逆地调控。其供体分子尿苷二磷酸N-乙酰氨基葡萄糖（UDP-GlcNAc）来自己糖胺生物合成途径（HBP），该途径整合了葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和核苷酸的代谢，因此，O-GlcNAc修饰被广泛认为是一种营养传感机制。它在细胞信号传导、基因转录和DNA复制等多种细胞事件中起着重要作用。最近，O-GlcNAc糖基化也被发现对细胞代谢，尤其是葡萄糖代谢非常重要。在这项研究中，作者发现ACLY在多种肿瘤细胞类型和患者肿瘤组织中高度O-GlcNAc糖基化，并确定S979是ACLY的主要O-GlcNAc糖基化位点。重要的是，S979的O-GlcNAc糖基化对于底物辅酶A（CoA）的结合是必不可少的，并且对ACLY的酶活性至关重要。在高葡萄糖供应或EGF刺激下，S979的O-GlcNAc糖基化上调，导致ACLY活性增强、脂质生成增加、细胞增殖加速以及肿瘤生长加快。总之，作者首次描述了S979 O-GlcNAc糖基化作为调控ACLY活性的一种机制，并提供了有关肿瘤细胞增殖过程中脂质生成与葡萄糖供应协调的深入见解。
原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2402674121