【前沿进展】专家点评 Mol Cell丨周祥团队合作揭示p53促进肿瘤细胞铜死亡的现象及分子机理

在那些倾向于通过线粒体代谢来获取能量的细胞中，过量的铜离子会直接与三羧酸（TCA）循环中的硫辛酰化蛋白结合，导致这些蛋白发生聚集、Fe-S簇蛋白降解，以及最终的蛋白毒性应激和细胞死亡。这种由铜离子介导的细胞死亡过程被称为铜死亡（cuproptosis）【1】。肿瘤抑制因子p53在维持细胞代谢稳态方面发挥重要作用。2023年，周祥团队提出观点，认为铜死亡可能是一种由p53调节的代谢性细胞死亡方式【2】。首先，p53抑制糖酵解过程。例如，该团队早期发现p53通过激活CMBL抑制磷酸果糖激酶PFKP【3】。p53还能够促进乙酰辅酶A和谷氨酸的生成，为TCA循环提供原料【4】。此外，p53参与Fe-S簇蛋白和谷胱甘肽（GSH，天然的铜离子螯合剂）的合成【5, 6】。尽管p53与铜死亡之间可能存在复杂的、甚至看似矛盾的相关性，但是关于p53是否以及如何调节铜死亡过程，尚缺乏确凿的证据。

2024年12月4日，复旦大学生物医学研究院/附属肿瘤医院周祥团队与南昌大学第一附属医院熊建萍/邓军团队在Molecular Cell期刊上发表了题为p53 induces circFRMD4A to suppress cancer development through glycolytic reprogramming and cuproptosis的研究论文，首次揭示p53促进肿瘤细胞铜死亡的现象及分子机理，并证实了p53激动剂和铜死亡诱导剂的协同抗肿瘤效应。

研究团队首先利用全转录组表达芯片筛选可能受p53调控的环状RNA，接着通过ChIP和荧光素酶实验等方法证实p53能够转录激活FRMD4A基因从而促进circFRMD4A的表达。同时，RNA结合蛋白EWSR1在circFRMD4A的反向剪接过程中发挥了重要作用。研究者还评估了circFRMD4A在临床样本中的表达。结果显示circFRMD4A在结直肠癌组织中的表达水平较低，且这种低表达与更晚的T分期和淋巴结转移显著相关，提示总体生存预后较差。细胞和动物实验结果表明，circFRMD4A能够抑制结直肠癌和乳腺癌的进展。值得注意的是，研究者还发现p53的激活或circFRMD4A的过表达增强了结直肠癌和乳腺癌细胞对铜离子载体Elesclomol的敏感性。此外，p53激动剂与Elesclomol的协同作用能有效抑制癌细胞生长，这一发现在动物实验中得到了验证。

随后，研究者对circFRMD4A发挥抑癌功能的潜在分子机制进行了深入探究。他们使用生物素标记的RNA探针进行RNA-pull down实验结合质谱分析，并通过一系列生化和细胞生物学实验发现，circFRMD4A能够与丙酮酸激酶PKM2结合，并抑制其形成具有活性的四聚体结构。PKM2催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）转化为丙酮酸，这是糖酵解过程的最后一步，对肿瘤细胞的存活、生长和转移具有至关重要的作用【7】。PKM2活性的增强可导致糖酵解的加速及肿瘤的发生发展，而PKM2的失活能够减缓糖酵解，从而抑制肿瘤的生长和转移。此外，PKM2失活还可能导致糖酵解代谢流向TCA循环的转移——这被认为是细胞对铜死亡是否敏感的一个前提条件。研究者利用碳13同位素示踪法进一步证实，circFRMD4A可以通过调节PKM2的活性来抑制丙酮酸和乳酸的产生，导致PEP的积累以及线粒体柠檬酸的上调。这些研究结果解释了circFRMD4A如何抑制癌细胞的生长和迁移，并增强它们对铜死亡诱导剂的敏感性。

综上所述，该研究鉴定了一个新的受p53调控的环状RNA——circFRMD4A，它与PKM2结合并抑制其活性，将糖酵解代谢流导向TCA循环，从而抑制肿瘤进展，并增强癌细胞对铜死亡的敏感性。研究结果还证实，联合使用p53激动剂APG-115或Nutlin-3与铜离子载体Elesclomol，能够协同抑制癌细胞在小鼠体内生长，为携带野生型p53的肿瘤提供了一种潜在的联合治疗策略。

复旦大学生物医学研究院/附属肿瘤医院周祥研究员、复旦大学附属肿瘤医院郝茜博士和南昌大学第一附属医院熊建萍教授为该论文的共同通讯作者。南昌大学第一附属医院廖全博士和邓军主任医师、复旦大学附属肿瘤医院博士生仝静和博士后甘雨为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了复旦大学雷群英教授团队的大力支持。

原文链接：

https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(24)00918-3

来源：BioArt

专家点评

卢华（美国杜兰大学医学院生物化学与分子生物学系教授、系主任，转化肿瘤学Reynolds and Ryan Families Chair冠名教授，主要从事p53信号调控机制与转化研究）

抑癌基因TP53自从1979年被发现以来，一直是肿瘤研究的热点。p53蛋白可通过阻滞细胞周期进程和修复DNA损伤来防止肿瘤的发生。更重要的是，p53能够诱导多种形式的细胞程序性死亡途径，从而消灭肿瘤细胞。1991年，Moshe Oren实验室首次报道p53的促凋亡功能。在之后的研究中，p53还被证实能够调控坏死性凋亡、焦亡、铁死亡、自噬相关的细胞死亡、parthanatos和paraptosis等。最近研究发现，铜死亡是铜离子通过靶向三羧酸循环的硫辛酰化蛋白而导致的细胞死亡方式。尽管p53的代谢调节功能与铁死亡、自噬性细胞死亡和parthanatos等细胞程序性死亡密切相关，但目前尚不清楚p53是否也能调节铜死亡过程。

很有意思的是，复旦大学周祥团队在Molecular Cell发表的最新研究首次揭示了p53与铜死亡的关系，并且详细阐述了p53如何通过激活环状RNA抑制PKM2活性，进而推动三羧酸循环，最终增强肿瘤细胞对铜死亡的敏感性。三羧酸循环是细胞内糖类、脂类和氨基酸代谢联系的枢纽，其重要性不言而喻。越来越多的证据表明，p53在上述这些代谢过程中发挥了重要调控作用。尤其是近年来，人们发现肿瘤细胞对营养物质的感知和响应对肿瘤的进展和治疗有着深远的影响。作为关键的应激因子，p53在感知营养物质变化、调节代谢应激反应以及触发代谢性细胞死亡等方面仍有许多未知领域待探索。该研究不仅更新了我们对p53调控细胞死亡分子机理的认识，而且对于研究肿瘤代谢与细胞程序性死亡的关系具有重要的启发意义。

专家点评

顾伟（美国纽约哥伦比亚大学Abraham and Mildred Goldstein讲席教授，主要从事p53和p53乙酰化在肿瘤抑制中的功能研究）

抑癌因子p53的失活是肿瘤形成的关键因素，因此，探索p53在肿瘤抑制中的精准调节机制一直是肿瘤领域的研究热点。p53在应激反应和肿瘤抑制中主要通过细胞周期阻滞、衰老和凋亡三种经典功能发挥作用。自2015年我们团队首次发现p53通过转录抑制胱氨酸/谷氨酸转运蛋白SLC7A11的表达增强铁死亡敏感性来抑制肿瘤发生之后（PMID: 25799988），越来越多的研究证明，即使p53缺失这三种经典活性，依然能够通过促进铁死亡抑制肿瘤形成。2022年Tsvetkov等研究发现铜死亡是一种通过铜离子与硫辛酰化的三羧酸循环蛋白直接结合而发生并依赖线粒体代谢的细胞死亡方式。然而，p53是否也能够通过调节铜死亡发挥肿瘤抑制的作用尚未有明确的研究。

复旦大学周祥团队发表在Molecular Cell的研究首次阐明p53能够通过促进铜死亡抑制肿瘤生长。机制上，该研究发现p53通过促进circFRMD4A的表达来抑制其结合蛋白PKM2的活性，导致糖酵解代谢流向三羧酸循环转移，从而增强铜死亡的敏感性。联合使用p53激动剂与铜离子载体Elesclomol能够协同抑制肿瘤生长。该研究揭示了p53在维持细胞代谢稳态中的关键作用。一方面，p53通过抑制糖酵解来限制肿瘤细胞的快速增殖；另一方面，它还能通过增强线粒体代谢来提高细胞的适应性生存能力。而细胞内铜离子的积累恰好能打破p53维持的这种代谢平衡，进而驱动肿瘤细胞发生铜死亡。该研究进一步拓展了p53抑制肿瘤的分子理论，可能为未来肿瘤治疗提供更多的干预方案。

参考文献

1. Tsvetkov, P., et al., Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins. Science, 2022. 375(6586): p. 1254-1261.

2. Xiong, C., et al., Cuproptosis: p53-regulated metabolic cell death? Cell Death Differ, 2023. 30(4): p. 876-884.

3. Huang, Y., et al., p53-responsive CMBL reprograms glucose metabolism and suppresses cancer development by destabilizing phosphofructokinase PFKP. Cell Rep, 2023. 42(11): p. 113426.

4. Hu, W., et al., Glutaminase 2, a novel p53 target gene regulating energy metabolism and antioxidant function. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010. 107(16): p. 7455-60.

5. Hwang, P.M., et al., Ferredoxin reductase affects p53-dependent, 5-fluorouracil-induced apoptosis in colorectal cancer cells. Nat Med, 2001. 7(10): p. 1111-7.

6. Jiang, L., et al., Ferroptosis as a p53-mediated activity during tumour suppression. Nature, 2015. 520(7545): p. 57-62.

7. Hay, N., Reprogramming glucose metabolism in cancer: can it be exploited for cancer therapy? Nat Rev Cancer, 2016. 16(10): p. 635-49.

原标题：《【前沿进展】专家点评 Mol Cell丨周祥团队合作揭示p53促进肿瘤细胞铜死亡的现象及分子机理》

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