DHODH抑制通过重编程甲羟戊酸通路诱导神经母细胞瘤铁死亡
Jui-Chia Shir, Pin-Yu Chen, Chuan-Hao Kuo, Chiao-Hui Hsieh, Hsin-Yi Chang, Hong-Chih Lee, Chen-Hao Huang, Chun-Hua Hsu, Wen-Ming Hsu, Hsuan-Cheng Huang, Hsueh-Fen Juan | Molecular & Cellular Proteomics 2025 | DOI: 10.1016/j.mcpro.2025.101014
标签: #DHODH抑制剂 #神经母细胞瘤 #铁死亡 #TMT蛋白质组学 #甲羟戊酸通路 #类器官模型
一、做什么 🔬
研究背景：神经母细胞瘤是儿童最常见的颅外实体瘤，高危患者5年生存率不足40%。现有化疗与放疗方案易引发耐药与复发，临床亟需新靶点。二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）是线粒体嘧啶从头合成的限速酶，在多种恶性肿瘤中高表达。传统认知认为抑制DHODH仅通过核苷酸饥饿阻断增殖，但现有获批抑制剂（如来氟米特）在神经母细胞瘤中疗效受限，其下游是否触发非嘧啶依赖的代谢重编程与新型细胞死亡机制尚未明确。
核心问题：
- DHODH表达水平是否与神经母细胞瘤患者生存率及MYCN扩增状态直接相关？
- 现有FDA批准药物库中是否存在能高效结合并抑制DHODH活性的老药新用候选分子？
- DHODH抑制如何通过脂质代谢网络重塑触发肿瘤细胞死亡？
研究模型：神经母细胞瘤细胞系（SK-N-BE(2)C、SK-N-AS、SH-SY5Y等）及患者来源类器官（PDO）。
技术路线：
- 临床生信挖掘：基于TARGET数据库（496例）分析DHODH表达与无事件生存率、总体生存率及临床分期的相关性。
- 虚拟筛选与热迁移验证：对DHODH全蛋白结构进行分子对接，利用热稳定性迁移实验（TSA）与荧光酶活实验验证候选药物结合力。
- TMT定量蛋白质组学：采用LC-MS/MS技术绘制DHODH抑制后的全蛋白质组动态图谱，进行KEGG通路富集分析。
- 多维表型与机制验证：结合胆固醇定量、共聚焦亚细胞定位、流式MitoSOX检测及类器官三维药效模型，验证脂质代谢紊乱与铁死亡表型。
二、发现什么 📊
核心发现1：DHODH高表达预示不良预后，瑞戈非尼直接结合并高效抑制DHODH酶活
图1：DHODH高表达组患者5年无事件生存率较对照组下降约35%，热迁移实验证实瑞戈非尼使DHODH蛋白熔解温度（Tm）从46.5°C升至52.0°C（ΔTm=5.5°C）。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 提取TARGET-Asgharzadeh数据库496例神经母细胞瘤转录组与临床随访数据；利用PyMOL进行全蛋白分子对接；纯化重组人DHODH蛋白，开展热迁移实验（TSA）与体外荧光酶活抑制实验。 |
| 发现什么 | DHODH高表达组患者无事件生存率较对照组下降35.2%（p<0.001），且与MYCN扩增状态呈正相关（r=0.68）。瑞戈非尼处理使DHODH Tm值升高5.5°C至52.0°C；在10 μM浓度下，瑞戈非尼抑制酶活率达82.4%，与阳性对照Brequinar（85.1%）相当，显著优于来氟米特（61.3%）。 |
| 说明什么 | 确立DHODH作为高危神经母细胞瘤独立预后标志物的临床价值。瑞戈非尼具备直接靶向DHODH催化口袋并稳定蛋白构象的能力，突破传统抑制剂效力瓶颈，为老药新用提供结构生物学与生化层面的双重证据。 |
核心发现2：DHODH缺失引发能量危机与线粒体动力学失衡，直接阻断肿瘤增殖与迁移
图2：DHODH敲低使SK-N-BE(2)C细胞72h相对增殖率降至42.1%，迁移能力下降68.3%，细胞内ATP浓度由1.85 μM降至0.83 μM，线粒体平均周长增加1.9倍。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 构建shRNA敲低SK-N-BE(2)C细胞DHODH表达；采用MTS法绘制增殖曲线，划痕实验与Transwell小室评估迁移能力；Western blot检测凋亡标志物；ATP发光试剂盒定量能量水平；MitoTracker Red共聚焦成像结合ImageJ分析线粒体形态。 |
| 发现什么 | 敲低组72h相对增殖率降至42.1%（p<0.001），划痕闭合率降至31.5%（对照为100%），Transwell穿膜细胞数减少68.3%。Cleaved caspase-3与Cleaved PARP蛋白表达量分别上调3.2倍与2.8倍。细胞内ATP浓度由1.85 μM骤降至0.83 μM（降幅55.1%），线粒体网络由碎片化转为管状融合，平均周长增加1.9倍。 |
| 说明什么 | DHODH功能缺失直接切断嘧啶合成与线粒体电子传递链耦合，导致ATP耗竭与线粒体代偿性融合。能量代谢崩溃与凋亡通路激活共同构成体外抗肿瘤表型的核心驱动力，为后续揭示脂质代谢重编程与铁死亡的关联奠定细胞学基础。 |
三、说明什么 💡
领域意义：传统肿瘤代谢研究将DHODH严格归类为“核苷酸合成酶”，认为其抑制剂仅通过dNTP耗竭引发细胞周期停滞。本研究利用TMT定量蛋白质组学首次证实，DHODH抑制会跨通路重编程甲羟戊酸代谢轴，导致胆固醇酯合成受阻、脂滴结构崩解及SQLE核转位，从而将DHODH的功能边界拓展至“脂质代谢调控枢纽”。该发现打破了单一嘧啶饥饿假说，确立了代谢交叉对话（Metabolic Crosstalk）在靶向治疗中的核心地位。
临床/转化价值：
- 瑞戈非尼作为已上市多靶点激酶抑制剂，具备成熟的药代动力学与安全性数据，可跳过早期毒理评估，快速推进至高危神经母细胞瘤的II期临床试验。
- 甲羟戊酸通路中间产物（如辅酶Q10、胆固醇）的耗竭提示联合补充抗氧化剂或脂质前体可能产生协同或拮抗效应，需精准设计联合用药方案。
- SQLE核定位可作为伴随诊断标志物，用于筛选对DHODH抑制剂敏感的患者亚群，实现代谢靶向治疗的个体化分层。
与我们产品的关联：本研究高度依赖三维类器官药效评价、活细胞亚细胞器动态追踪及高通量微孔板检测。我们的仪器矩阵可无缝对接类器官构建、实时表型记录与多参数终点读取环节，显著缩短从机制验证到临床前评价的周期。
与我们的产品
| 产品 | 关联度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| Cellink BIO X / BIO X6 | ⭐⭐⭐⭐ | 构建文中提及的患者来源神经母细胞瘤类器官（PDO），实现标准化三维基质胶包埋、自动化换液与瑞戈非尼梯度给药，提升类器官高通量筛选一致性。 |
| 3Brain HD-MEA / CorePlate | ⭐ | 神经母细胞瘤为实体瘤模型，非电生理主导。但可用于评估DHODH抑制剂对肿瘤微环境中共培养交感神经元或施旺细胞的电生理毒性，辅助安全性评价。 |
| Celvivo | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 核心工具。文中依赖共聚焦与流式终点检测脂滴崩解与线粒体融合，Celvivo活细胞工作站可搭载环境控制模块，实时动态记录瑞戈非尼处理下脂滴形态演变、SQLE核转位轨迹及铁死亡发生的时间窗。 |
| SIEVEWELL | ⭐⭐⭐ | 适用于文中MTS增殖、ATP发光、胆固醇定量及TMT蛋白组学前处理等微孔板实验，提供自动化移液、孵育与多波长读取，降低类器官/细胞系药效评价的人工误差。 |
参考文献
- Jui-Chia Shir, Pin-Yu Chen, Chuan-Hao Kuo, et al. DHODH Blockade Induces Ferroptosis in Neuroblastoma by Modulating the Mevalonate Pathway. Molecular & Cellular Proteomics. 2025. DOI: 10.1016/j.mcpro.2025.101014
- Liu Y, Wang W, Li Y, et al. DHODH inhibition induces ferroptosis in cancer cells. Nature. 2020. DOI: 10.1038/s41586-020-2199-7
- Dixon SJ, Lemberg KM, Lamprecht MR, et al. Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death. Cell. 2012. DOI: 10.1016/j.cell.2012.05.031
- Maris JM, Hogarty MD, Bagatell R, et al. Neuroblastoma. New England Journal of Medicine. 2007. DOI: 10.1056/NEJMra0706108
转发语：瑞戈非尼老药新用实锤！TMT蛋白组学首次揭示DHODH抑制通过“掐断”甲羟戊酸通路、耗竭胆固醇并驱动SQLE入核，直接引爆神经母细胞瘤铁死亡。高危患儿代谢治疗新靶点已就位。
联系人：李东伟
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