近日，清華大學藥學院陳立功課題組首次發現抑制轉運蛋白SLC45A2可以增强細胞中黑色素體內糖酵解代謝，並且促進了黑色素瘤的遷移。
圖1.黑色素體的靶向代謝組學分析及糖酵解酶共定位染色和活性檢測
在本研究中，Slc45a2敲除及過表達的原代黑色素細胞和黑色素瘤細胞模型來闡明SLC45A2在黑色素合成和黑色素瘤進展中的作用。研究發現敲除Slc45a2的細胞通過酸化黑色素體pH來抑制酪氨酸酶的活性，從而導致黑色素合成受阻（圖1）。通過同源建模分析和葡萄糖螢光類似物2-NBDG攝取實驗發現Slc45a2的敲除除了酸化黑色素體pH外，還會新增糖類在黑色素體內部的積累，說明SLC45A2在黑色素體膜上發揮著向外同向轉運質子和糖的作用。通過RNA-seq和ATAC-seq等高通量測序科技對細胞代謝層面進行研究發現，敲除Slc45a2增强了葡萄糖的糖酵解中關鍵基因的表達和染色質開放程度，說明缺失Slc45a2的細胞具有較活躍的糖酵解能力。通過對13C6-glucose標記的葡萄糖代謝流分析發現敲除Slc45a2的細胞內部乳酸水准顯著升高，並且乳酸含量的累積加劇了黑色素體pH的酸化程度，從而抑制黑色素合成。給予葡萄糖饑餓培養條件、添加糖酵解抑制劑和敲低關鍵的糖代謝基因Slc2a1或Ldha都可以彌補Slc45a2缺失導致的色素受阻。
有趣的是，通過對分離的黑色素體進行蛋白質譜、代謝流分析、免疫螢光染色和酶活測定等發現，除細胞質外，在敲除Slc45a2的黑色素體內部也是糖酵解活躍發生的場所。另外，Slc45a2缺失新增了細胞對葡萄糖饑餓的耐受性，PI3K-Akt訊號通路在敲除細胞中處於過度啟動狀態，並導致黑色素瘤細胞和Braf/Pten/TyrCre小鼠模型中的黑色素瘤轉移明顯加劇（圖2）。該研究為治療Ⅳ型白化病和黑色素瘤乃至皮膚美白提供了新的途徑和策略。
圖2.抑制Slc45a2增强黑色素體糖酵解代謝和促進黑色素瘤遷移
上述研究在《皮膚學研究》（Journal of Investigative Dermatology）線上發表，標題為《質子/糖類轉運蛋白SLC45A2缺失增强黑色素體糖酵解代謝和促進黑色素瘤遷移》（Ablation of H+/glucose Exporter SLC45A2 EnhancesMelanosomalGlycolysis to Inhibit Melanin Biosynthesis and Promote Melanoma Metastasis）。
《皮膚學研究》是皮膚病領域權威期刊。本論文通訊作者為清華大學藥學院陳立功研究員，已畢業博士生劉燁和2017級博士生池文娜為共同第一作者，2020級博士生陶蕾、2016級博士生王國強、2021級博士生盛琳琳等為本論文合作作者。清華大學生命學院江鵬研究員和新加坡科技局A*Star範昊研究員對項目提供了重要幫助，科技部、基金委和國家重大新藥創制專項為研究提供了經費支持。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022202X22003013