文献分享:SLC25A51 decouples the mitochondrial NAD/NADH ratio to control proliferation of AML cells

SLC25A51解耦线粒体NAD/NADH比例以控制AML细胞的增殖

（24级博士研究生李青林）

癌细胞在肿瘤发生过程中会高度依赖线粒体的氧化磷酸化提供能量以维持侵袭性增殖。因此，靶向线粒体功能是癌症治疗一个热门的领域。此外，高度增殖的癌细胞需要细胞内氧化的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD），是协调细胞内谷氨酰胺分解，三羧酸循环和脂肪酸氧化的关键枢纽。

急性髓性白血病（AML）是一种侵袭性血液系统恶性肿瘤，在难治性 AML 中，已发现细胞内的NAD对产生耐药性至关重要。然而，先前的研究无法在不影响细胞的情况下来探索细胞内区室化的NAD水平与癌细胞的关系，所以NAD与癌细胞代谢之间的关系仍不明确。

来自德克萨斯大学奥斯汀分校的Xiaolu A. Cambronne教授团队专注于NAD代谢，他们先前的研究报道了一种可以灵敏检测细胞内区室化分布的NAD水平的感受器，并以此为基础探索了SLC25A51是如何影响细胞内NAD的分布来调控AML细胞的增殖。Xiaolu A. Cambronne教授他们的结果表明 AML 细胞上调 SLC25A51 来影响 NAD/NADH的比例以此来获得AML细胞高度增殖所需的能量。揭示了SLC25A51可能是难治性AML的关键因子，靶向其或许可以为难治性AML提供新的治疗策略。

图一 SLC25A51在AML患者中水平升高。 分析AML患者的转录组数据发现SLC25A51在AML患者中表达显著升高，Kaplan-Meier曲线表明SLC25A51的高表达导致AML患者生存率降低。此外，基因富集分析发现高表达SLC25A51的患者氧化磷酸化和脂肪酸β氧化相关基因升高。

图二 SLC25A51是AML细胞增殖和存活必需的。在一系列AML细胞系中使用短发夹RNA来沉默SLC25A51的表达，发现SLC25A51的抑制导致AML细胞增殖速率显著降低。Annexin V和PI染色结果显示SLC25A51的敲低促进了AML细胞的凋亡，并且这种作用可以被Ndt1（将NAD从胞质转移至线粒体内部）逆转。此外，使用NAD sensor发现抑制SLC25A51的表达的确显著降低了线粒体内的NAD水平，而Ndt1可以逆转SLC25A51抑制导致的AML细胞增殖受损。表明线粒体NAD的水平的升高可以促进AML细胞的增殖。

图三 沉默SLC25A51限制了AML在小鼠体内的增殖。 对小鼠注射稳定表达荧光素酶和多西环素诱导的shSLC25A51或shScramble的AML细胞，使用生物成像探索小鼠体内的肿瘤负荷。结果显示SLC25A51的抑制可以显著降低小鼠的肿瘤负荷。此外，SLC25A51缺失可抑制脾脏中AML细胞的浸润，延长总生存期。

图四 SLC25A51的缺失靶向线粒体的氧化过程并改变了AML细胞对谷氨酰胺的利用。SLC25A51缺失后线粒体超氧化物水平升高，U937细胞中线粒体NAD/NAHPH比例降低。先前的研究证明AML细胞依赖于谷氨酰胺的分解，使用15N同位素标记谷氨酰胺来检测TCA循环中各种产物的丰度。结果显示SLC25A51的耗竭导致非谷氨酰胺碳源的使用增加。使用Ndt1或者MitoLbNox（NADH氧化酶）来重建线粒体内的NAD水平可以恢复AML细胞在TCA循环中对谷氨酰胺碳源的利用。

图五 SLC25A51的缺失对糖酵解影响很小。SLC25A51的缺失没有改变细胞内糖酵解中间产物的丰度，也没有改变AMP或GMP核苷酸的丰度。使用13C标记的葡萄糖来检测线粒体NAD水平降低对AML细胞糖酵解的影响。结果显示，线粒体NAD水平降低导致TCA循环中由糖酵解提供的碳源减少。

图六 靶向SLC25A51的治疗策略。在缺失SLC25A51的情况下进一步剥夺谷氨酰胺可以更加显著的抑制AML细胞的增殖。此外，抑制SLC25A51与5-氮杂胞苷联合治疗后对AML的治疗具有更佳的效果。

这篇文章探讨了SLC25A51在AML治疗中的关键作用，证明了SLC25A51可以通过调节NAD/NADH来影响AML细胞的增殖和凋亡。此外，在AML中抑制SLC25A51表达的基础上使用5-氮杂胞苷会比单独使用5-氮杂胞苷具有更佳的疗效，表明了SLC25A51的确是调控AML发病的关键靶点，为后续AML的治疗提供了新的策略。