《Biochemical Journal》：Post-translational modifications of triosephosphate isomerase reveal metabolic vulnerabilities in T-ALL: effect of combining dichloroacetic acid and the PPI rabeprazole
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为解决T-ALL患者预后不良且现有疗法存在耐药性与毒性的难题，研究人员聚焦于癌细胞代谢重编程的关键环节——糖酵解。他们发现糖酵解酶磷酸三糖异构酶（TPI）的脱酰胺化（dTPI）和磷酸化（pTPI）修饰，可成为药物作用的新靶点。通过生化、细胞和分子对接研究，他们证实质子泵抑制剂（PPI）雷贝拉唑（Rbz）能选择性抑制这些修饰后的TPI亚型，其与二氯乙酸（DCA）联用可协同诱导白血病细胞凋亡，同时对正常T细胞影响甚微。这为靶向代谢异常的白血病治疗提供了新的策略。
癌症是全球最紧迫的健康挑战之一，其中白血病占有一席之地。在所有类型的白血病中，急性淋巴细胞白血病（ALL）侵袭性高，尤其以T细胞亚型（T-ALL）更为凶险，在复发和成人患者中预后较差。尽管化疗方案不断进步，但治疗抵抗和毒性问题依旧突出，亟需开发创新且低毒的治疗策略。癌细胞有个著名的特点——代谢重编程，它们即使氧气充足，也偏爱通过糖酵解快速获取能量和原料，这种现象被称为“瓦博格效应”。这不禁让人思考：能否找到癌细胞糖酵解路上的“阿喀琉斯之踵”，进行精准打击呢？
墨西哥Tecnológico de Monterrey的研究团队将目光投向了一个关键糖酵解酶——磷酸三糖异构酶（Triosephosphate isomerase, TPI）。TPI催化二羟丙酮磷酸（DHAP）与甘油醛-3-磷酸（G3P）的可逆转化，是糖酵解通路的核心“调度员”。有趣的是，在包括T-ALL在内的多种癌症中，TPI会发生翻译后修饰（PTM），特别是第16位天冬酰胺的脱酰胺化（dTPI）和第21位丝氨酸的磷酸化（pTPI）。这些修饰就像给酶贴上了特殊的“标签”，改变了它的结构和功能，可能创造出正常细胞所没有的“弱点”。与此同时，临床上用于抑制胃酸的质子泵抑制剂（PPI），尤其是雷贝拉唑（Rabeprazole, Rbz），近年来被发现具有不依赖于其经典药理作用的抗肿瘤潜力。另一个小分子二氯乙酸（Dichloroacetate, DCA）则能调节线粒体代谢，降低癌细胞的凋亡阈值。那么，能否利用像雷贝拉唑这样的药物，精准攻击携带PTM“标签”的TPI，同时结合DCA来增强杀伤效果，从而选择性清除白血病细胞呢？
为了回答这个问题，研究人员在《Biochemical Journal》上发表了他们的研究成果。他们主要运用了以下关键技术方法：首先，通过基因工程构建并纯化了模拟脱酰胺化（N16D， dTPI）和磷酸化（S21E， pTPI）的TPI重组突变蛋白。其次，利用分子对接技术预测了多种PPI与不同TPI亚型的结合模式与亲和力。接着，通过一系列生化实验（如酶动力学、硫醇反应性测定、热稳定性分析）和细胞实验（使用人T-ALL Jurkat细胞系和从健康供者分离的正常T淋巴细胞），评估了药物对酶活性和细胞功能的影响。细胞水平的分析手段包括MTT法检测活力、Native-PAGE分析蛋白亚型、流式细胞术检测凋亡，以及ELISA和分光光度法检测甲基乙二醛（MG）和晚期糖基化终末产物（AGEs）。
功能性及结构学影响
研究人员首先对重组TPI突变体进行了表征。动力学分析显示，pTPI突变体的底物亲和力有所下降，催化效率降低了37%；而dTPI的催化效率受损更为严重。硫醇反应性实验（使用DTNB）表明，dTPI在天然状态下暴露的半胱氨酸（Cys）残基最多，pTPI次之，野生型TPI（wtTPI）最少。这说明PTM改变了TPI的结构，增加了其关键硫醇基团的可及性。
分子对接结果
分子对接分析预测，与wtTPI相比，PPI与dTPI和pTPI的结合亲和力更强，且结合位点倾向于TPI的二聚体界面。其中，雷贝拉唑（Rbz）与PTM模拟变体的相互作用网络更为广泛，涉及π-π堆积、疏水和极性接触。
PPI选择性抑制dTPI和pTPI磷酸化模拟变体
体外酶活抑制实验证实了这一预测。在五种PPI中，Rbz的抑制效果最强，它能几乎完全 abolishing dTPI的活性，并将pTPI活性降至17%，而对wtTPI影响甚微。抑制程度与TPI变体被Rbz修饰的Cys残基数量正相关，dTPI被修饰的最多。
雷贝拉唑诱导PTM模拟TPI变体发生热去稳定化
圆二色光谱热变性实验显示，dTPI和pTPI本身的热稳定性就低于wtTPI。经Rbz处理后，两种突变体的熔化温度（Tm）进一步大幅降低，表明Rbz能加剧这些PTM变体的结构不稳定。
药理处理诱导Jurkat细胞中修饰TPI亚型的积累
通过电荷敏感的天然PAGE（nPAGE）分析细胞内的TPI状态，发现正常T淋巴细胞主要表达未修饰的wtTPI，即使经DCA或DCA-Rbz处理，也仅有微量酸性亚型出现。相反，Jurkat细胞在基础状态下就存在dTPI样酸性亚型，DCA处理能增加其丰度并诱导出现双脱酰胺化（ddTPI）样亚型，而DCA-Rbz联合处理则极大地富集了这些酸性亚型。免疫印迹进一步证实，药物处理（尤其是DCA-Rbz）能增加Jurkat细胞中TPI的丝氨酸磷酸化信号。
雷贝拉唑对白血病细胞的选择性细胞毒性与TPI抑制相关
细胞活力实验表明，Rbz能浓度依赖性地降低Jurkat细胞的活力，而对正常T淋巴细胞影响很小。DCA与Rbz联用产生了显著的协同杀伤效应，仅在Jurkat细胞中诱导了大规模的细胞死亡。与此相对应，Jurkat细胞内的TPI活性在Rbz及联合处理后显著下降，而正常T细胞的TPI活性保持稳定。即使在急性暴露（3小时）且细胞活力未受影响的情况下，Rbz也能选择性抑制Jurkat细胞内的TPI活性，证明这是一种直接的酶抑制效应。
甲基乙二醛和晚期糖基化终末产物的差异性积累与Jurkat细胞中TPI抑制相关
TPI功能受损会导致其底物三碳糖磷酸积累，并自发降解为高活性的毒性分子甲基乙二醛（Methylglyoxal, MG），MG进一步与蛋白质等反应形成晚期糖基化终末产物（Advanced glycation end products, AGEs）。检测发现，经Rbz，特别是DCA-Rbz处理后，Jurkat细胞内的MG和AGEs水平呈数量级地暴增，增幅远高于正常T淋巴细胞。这种强烈的羰基应激与TPI抑制程度高度相关。
DCA与雷贝拉唑联合疗法选择性诱导白血病细胞凋亡
流式细胞术分析显示，DCA-Rbz联合处理能高效诱导Jurkat细胞发生凋亡（包括早期和晚期凋亡），并伴随一定程度的坏死，而正常T淋巴细胞对此组合疗法具有很强的抵抗力。
结论与讨论
本研究系统地揭示了TPI的翻译后修饰（脱酰胺化和磷酸化）如何在T-ALL细胞模型中创造出独特的代谢弱点。这些修饰不仅改变了TPI的酶学性质和结构稳定性，更关键的是，它们增加了酶蛋白上半胱氨酸残基的反应性，从而使其对硫醇修饰类药物（如质子泵抑制剂雷贝拉唑）异常敏感。分子对接和生化实验共同验证了雷贝拉唑能优先靶向并抑制这些修饰后的TPI亚型。
在细胞层面，研究证实人T-ALL Jurkat细胞组成性地表达这些修饰的TPI亚型，且药物（特别是DCA）处理能进一步促进其积累，而正常T细胞则基本“免疫”于此。正是这种分布差异，使得雷贝拉唑能够选择性抑制白血病细胞内的TPI活性，破坏其糖酵解流，导致毒性代谢物MG和AGEs的剧烈堆积，最终协同DCA引发强烈的凋亡反应，同时最大限度地保护了正常淋巴细胞。
这项研究的意义在于：首先，它首次将TPI的特定PTM状态确立为T-ALL的一个可靶向代谢弱点，为“基于蛋白构象或修饰状态”的精准治疗提供了新范式。其次，它成功地将已上市药物雷贝拉唑“老药新用”，重新定位为一种潜在的选择性抗白血病代谢抑制剂，这有望缩短药物研发周期并降低成本。最后，研究提出的DCA与雷贝拉唑联合策略，展示了同时靶向多个代谢节点（线粒体代谢与糖酵解）以增强疗效并克服耐药的潜力，为开发针对T-ALL及其他依赖糖酵解的癌症的新型联合疗法奠定了坚实的理论基础。未来，通过更深入的化学蛋白质组学绘制雷贝拉唑的共价靶点图谱，并在临床前动物模型中进行验证，将推动这一发现向临床转化迈进。
