《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》：BOK beyond apoptosis: pyrimidine metabolism and ATR dependence in p53-deficient lung cancer
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本研究针对p53功能缺失的非小细胞肺癌，揭示了BCL-2家族蛋白BOK通过激活UMPS调控嘧啶核苷酸从头合成的新功能。研究发现，BOK缺失导致嘧啶代谢失衡，在p53缺陷背景下引发复制应激和DNA损伤，进而使癌细胞对ATR抑制剂产生特异性敏感。这为联合靶向嘧啶代谢与ATR通路治疗p53突变型肺癌提供了新的理论依据和治疗策略。
在肿瘤的复杂世界里，细胞的生死平衡常常被打破。BCL-2蛋白家族是调控细胞凋亡的关键角色，其中一员——BOK，长期以来因其名称中的“killer”（杀手）而被认为主要功能是促进细胞死亡。然而，越来越多的证据显示，BOK可能身兼数职，其“非凋亡”功能逐渐浮出水面，尤其是在内质网上与IP3R的相互作用，以及在细胞代谢中的潜在角色。这引发了一个关键问题：BOK在癌细胞中，除了可能的“杀手”身份，是否还扮演着其他不为人知的重要角色？特别是在p53这一常见突变的“癌症守护神”失效时，BOK的功能变化会如何影响肿瘤的生存与治疗反应？
为了深入探究BOK在癌症，尤其是非小细胞肺癌（NSCLC）中的非凋亡功能及其与p53状态的相互作用，研究人员开展了一项系统性的研究。这项研究最终发表在国际知名期刊《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》上。
研究者主要运用了CRISPR/Cas9基因编辑技术在人类及小鼠来源的NSCLC细胞系中敲除BOK和/或p53基因，构建了等基因的细胞模型。通过体外细胞增殖、DNA损伤检测（如γH2AX焦点形成分析）、代谢拯救实验（如补充UMP/CMP）以及药物敏感性测试（使用ATR抑制剂ceralasertib/AZD6738）等一系列功能实验，并结合生化方法验证BOK与UMPS的相互作用，系统评估了BOK缺失对嘧啶代谢、基因组稳定性及治疗敏感性的影响。
BOK缺失在p53野生型细胞中抑制增殖，但在p53缺陷细胞中导致DNA损伤积累
研究人员发现，在p53功能正常的细胞中，敲除BOK会减缓细胞增殖。然而，在p53也被敲除或突变的细胞中，BOK的缺失并未影响增殖速度，但却导致了基础DNA损伤水平的显著升高。这一现象暗示，BOK的功能与p53的状态密切相关，并且在p53缺失时，BOK的缺失会引发基因组不稳定性。
BOK通过其BH3结构域与UMPS相互作用并激活其酶活性
研究证实，BOK通过其BH3结构域与尿苷酸磷酸合成酶（UMPS）直接结合。UMPS是催化嘧啶核苷酸从头合成途径中的限速步骤的关键酶。BOK的这种结合能够将UMPS的酶活性刺激提高至多3倍。因此，BOK的缺失会导致UMPS活性下降，进而减少嘧啶核苷酸的从头合成。
BOK缺失引起的DNA损伤源于嘧啶核苷酸失衡
为了确定DNA损伤的根源，研究人员进行了关键的拯救实验。他们发现，使用携带BOK-BH3结构域的细胞穿透性TAT肽处理BOK缺失细胞，可以有效逆转DNA损伤的增加。更重要的是，在培养基中直接补充尿苷酸（UMP）和胞苷酸（CMP），从而绕过嘧啶的从头合成需求，同样可以挽救BKO缺失导致的DNA损伤表型。这强有力地证明，BOK缺失引起的DNA损伤确实是由于嘧啶核苷酸供应不足（即核苷酸失衡）所触发的。
核苷酸失衡通过复制应激导致DNA损伤
在表达癌基因的细胞中，核苷酸失衡会通过引起复制应激来诱导DNA损伤。本研究的结果与此一致：BOK缺失降低了UMPS活性和嘧啶从头合成速率，达到了足以引发复制应激和DNA损伤的程度。在拥有功能型p53的细胞中，这种损伤会触发细胞周期检查点，使细胞停滞。而在p53功能缺失的细胞中，由复制应激引发的DNA损伤会不断累积。
p53缺陷的BOK缺失细胞对ATR抑制高度敏感
由于持续的复制应激和DNA损伤，p53缺陷的BOK缺失细胞更加依赖于ATR/CHK1信号通路来进行DNA损伤修复。研究人员使用特异性ATR抑制剂ceralasertib（AZD6738）处理细胞，发现与仅敲除BOK但p53正常的细胞相比，BOK/p53双敲除细胞对ATR抑制表现出更高的敏感性：ceralasertib进一步加剧了DNA损伤并更有效地诱导了细胞死亡。这揭示了一种由p53状态决定的、对ATR抑制的特异性脆弱性。
临床相关性：BOK在肿瘤中常下调，且与患者预后相关
研究回顾了临床数据，指出BOK在非小细胞肺癌和结直肠癌患者中经常因染色体缺失、启动子甲基化或microRNA介导的抑制而下调或缺失。重要的是，BOK蛋白水平与患者的生存期呈正相关。这表明，BOK可能作为一个独立于其促凋亡功能的肿瘤抑制因子发挥作用。
本研究得出结论，BOK作为一个肿瘤抑制因子，其功能远不止于诱导细胞凋亡。它通过与UMPS相互作用并激活其酶活性，成为维持嘧啶核苷酸稳态的关键调节因子。在p53功能完整的肿瘤细胞中，BOK缺失导致的嘧啶代谢失衡会触发p53依赖的增殖阻滞。然而，在p53功能缺失（这是人类癌症中极为常见的事件）的背景下，BOK的缺失会引起慢性的复制应激和DNA损伤，使得癌细胞高度依赖ATR介导的DNA损伤反应通路以求生存，从而对ATR抑制剂产生特异性敏感。
这项研究的意义重大。首先，它将BOK的非凋亡功能明确地定位于基础代谢过程——嘧啶核苷酸合成，深化了对BCL-2家族蛋白功能多样性的理解。其次，研究揭示了肿瘤基因背景（此处为p53状态）如何决定代谢扰动（嘧啶失衡）的细胞学后果，连接了代谢异常与基因组不稳定性。最具转化医学价值的是，本研究提出了一个全新的、基于生物标志物的联合治疗策略：对于携带p53突变且BOK低表达的肿瘤，联合使用UMPS抑制剂（或通过其他方式干扰嘧啶合成）与ATR抑制剂，可能产生协同抗肿瘤效应。这为重新审视和开发靶向嘧啶代谢的药物（如曾用于临床试验但被搁置的吡唑呋喃Pyrazofurin）提供了强有力的理论依据，并为正在进行的ATR抑制剂临床试验的疗效分析和患者分层提供了潜在的生物标志物（BOK与p53状态），有望未来实现更精准的个体化癌症治疗。
