《Free Radical Biology and Medicine》：Optineurin enhances the chemoresistance by activating mitophagy in acute myeloid leukemia with NPM1 mutation
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NPM1突变急性髓系白血病中optineurin介导的线粒体自噬促进化疗耐药，通过抑制optineurin可增强阿糖胞苷疗效。
唐丽莎|吴楠|肖巧玲|杨静|任俊|陈新艺|赵文|刘永灿|胡佳媛|杨在林|高晓玲|张玲
重庆医科大学北碚附属医院，重庆市第九人民医院，临床实验室诊断重点实验室（中国教育部），重庆医科大学实验医学院，中国重庆
摘要
具有核磷蛋白1（NPM1）突变的急性髓系白血病（AML）是一种常见的遗传亚型，具有独特的病理特征。然而，当前的疗法仍然面临复发和药物耐药性的挑战，这凸显了迫切需要新的治疗策略。在这项研究中，我们通过生物信息学分析和实验验证，发现过度活跃的线粒体自噬是NPM1突变AML的一个关键代谢脆弱性。从机制上讲，线粒体自噬的增强是由线粒体自噬受体optineurin（OPTN）的高表达驱动的，而OPTN的表达在携带NPM1突变的细胞中因细胞质内CTCC结合因子（CTCF）的错位而上调。功能上，OPTN介导的线粒体自噬通过维持线粒体稳态来促进白血病细胞的增殖，并赋予其化疗耐药性。相应地，遗传抑制OPTN可以抑制线粒体自噬，破坏线粒体稳态，并使细胞对阿糖胞苷（Ara-C）敏感，最终在细胞衍生异种移植（CDX）模型中增强其抗白血病效果。总体而言，这些发现表明OPTN介导的线粒体自噬是NPM1突变AML的致癌驱动因素，针对这一过程的靶向抑制是克服化疗耐药性的有希望的策略，尤其是与传统化疗联合使用时。
引言
急性髓系白血病（AML）是一种恶性髓系造血干细胞/祖细胞疾病，常与遗传突变相关，包括核磷蛋白1（NPM1）突变，大约三分之一的成人病例中存在这种突变[1]，[2]。NPM1突变AML的一个定义性病理特征是NPM1突变蛋白的异常细胞质定位，这是白血病发生的关键驱动因素[3]。研究人员已经开发出针对突变NPM1的结构和定位或直接降解突变蛋白的治疗方法[4]。然而，治疗效果受到药物耐药性和低特异性的影响，导致大约50%的复发率以及较差的生存结果，尤其是在老年NPM1突变患者中[5]。因此，探索额外的致癌分子机制并开发新的NPM1突变AML治疗策略至关重要。
自噬是一种保守的溶酶体降解途径，通过清除功能失调的细胞成分和回收代谢物来维持稳态[6]，[7]。自噬对癌症的影响是复杂且依赖于具体环境的。人们普遍认为自噬可以起到促进生存或促进死亡的作用[8]。我们之前的研究表明，在AML中，自噬活性由细胞质早幼粒细胞白血病基因（PML）激活，并通过NPM1突变介导，从而促进白血病细胞的存活[9]。值得注意的是，自噬包括非选择性和选择性两种形式。选择性自噬针对特定的受损细胞器，对维持细胞健康至关重要。线粒体自噬是一种关键的选择性自噬形式，可以在应激下降解功能失调的线粒体[10]，[11]，[12]。这一过程由特定的受体介导，包括BNIP3、FUNDC1、optineurin（OPTN）、NDP52和p62，这些受体充当泛素化线粒体与LC3-II结合的自噬膜之间的桥梁[13]，[14]。最近，线粒体自噬在正常和恶性造血过程中被研究。有报道称，高水平的线粒体分裂1表达会诱导线粒体自噬，进一步促进人类AML干细胞的自我更新[15]。鉴于线粒体自噬通过清除受损线粒体来驱动化疗耐药性[16]，其药理学抑制是使癌细胞重新敏感于化疗的合理策略[17]，这一点在BH3模拟耐药性的AML中通过线粒体自噬激活剂mitofusin-2的作用得到了证实[18]。然而，线粒体自噬及其在NPM1突变白血病中的关键受体的作用仍不清楚，需要进一步的机制研究。
在这里，我们发现在线粒体NPM1突变AML中，高水平的OPTN调节的线粒体自噬活性具有关键的致癌依赖性。从机制上讲，NPM1突变体通过拮抗CTCF来转录增强OPTN的表达，从而驱动过度的线粒体自噬以维持线粒体稳态和白血病发生。因此，遗传抑制OPTN可以在细胞衍生异种移植（CDX）模型中抑制细胞增殖并使细胞对阿糖胞苷（Ara-C）敏感。总体而言，这些发现表明OPTN是NPM1突变AML的一个有希望的治疗靶点。
部分摘要
细胞系和细胞培养
急性髓系白血病（AML）细胞模型OCI-AML3和OCI-AML2来自莱布尼茨研究所DSMZ（德国布伦瑞克）。这些AML细胞系THP-1、HL-60和NB4来自美国类型培养集（ATCC，美国）。细胞在含有10%胎牛血清（FBS，Thermo Fisher Scientific，#10091155）和1%青霉素-链霉素溶液（Beyotime，#C0222，中国）的RPMI-1640培养基（Thermo Fisher Scientific，#11875093，美国）中培养，温度为37°C，二氧化碳浓度为5%
增强的线粒体自噬在NPM1突变AML中赋予增殖优势
为了研究线粒体自噬在NPM1突变白血病中的作用，我们首先对GEO（GSE15434）数据集进行了基因集富集分析（GSEA）。与NPM1野生型组相比，NPM1突变组的线粒体自噬通路显著富集（图1A）。一致地，免疫荧光分析显示NPM1突变的OCI-AML3中线粒体标记物HSP60与自噬体标记物LC3（图1B）和溶酶体标记物LAMP1（图S1A）的共定位增强
讨论
虽然NPM1突变是AML的常见驱动因素，但线粒体自噬在其发病机制中的作用仍不明确。我们的研究发现了OPTN介导的线粒体自噬这一先前未被认识的机制，它是白血病细胞存活的关键。我们证明NPM1突变体上调了线粒体自噬受体OPTN，进而增强了线粒体自噬，这是促进细胞存活和赋予化疗耐药性的关键机制（图7）。
具有NPM1突变的AML细胞通常表现出杯状核
结论
总体而言，我们的发现表明OPTN是NPM1突变AML的一个新的致癌驱动因素。具体来说，由NPM1突变体以CTCF依赖的方式调节的高水平OPTN介导线粒体自噬，从而维持线粒体稳态，促进白血病发生。最终，我们的研究提供了有价值的见解，并支持了靶向OPTN介导的线粒体自噬以增强化疗药物对NPM1突变AML的抗白血病效果的新策略。
CRediT作者贡献声明
胡佳媛：资源、方法学。刘永灿：可视化、研究。赵文：软件、正式分析。陈新艺：软件、正式分析、数据管理。任俊：资源、概念化。杨静：可视化、研究。肖巧玲：验证、软件、资源、资金获取。吴楠：写作——审稿与编辑、写作——初稿、方法学、研究、数据管理。张玲：监督、项目管理、资金获取
伦理批准和参与同意
本研究得到了重庆医科大学医学伦理委员会和动物伦理委员会（IACUC-CQMU-2024-0350）的批准。小鼠在标准条件下饲养，所有操作均符合相关指南和规定。
出版同意
所有作者均了解并同意论文的内容以及他们作为论文共同作者的身份。
资助
本工作得到了国家自然科学基金（资助编号：82572633）、重庆技术创新与应用发展专项重点项目（资助编号：CSTB2024TIAD-KPX0031）、福建省科技创新联合基金（资助编号：2024Y9703）以及重庆医科大学的杰出研究生基金（资助编号：BJRC202327）的支持。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
