TRAPβ基因的敲低通过多种机制抑制人类结直肠癌细胞中的葡萄糖摄取和能量产生

《Human Gene》：Knockdown of TRAPβ represses glucose uptake and energy production through multiple mechanisms in human colorectal cancer cells

TRAPβ通过AKT-AMPK-NF-κB-β-catenin通路调控结直肠癌葡萄糖代谢与能量稳态。

　　

Jing Peng | Darshika Amarakoon | Seong-Ho Lee

美国马里兰大学农业与自然资源学院营养与食品科学系，College Park, MD 20742

摘要

转位复合体相关蛋白亚基β（TRAPβ）是一种单跨内质网（ER）膜蛋白，它与Sec61转位复合体协同工作，以促进目标蛋白的插入和共翻译转运。我们之前的研究表明，TRAPβ的敲低（KD）会导致细胞周期停滞和细胞凋亡，这与人类结直肠癌（CRC）细胞中的蛋白质折叠障碍反应有关。本研究旨在利用经过TRAPβ敲低的CRC细胞来探讨TRAPβ对代谢重编程的影响。TRAPβ敲低显著降低了葡萄糖摄取和ATP生成，同时伴随着AKT磷酸化的减少。TRAPβ敲低还激活了AMPK信号通路，表明发生了代谢重编程。报告基因检测显示，TRAPβ敲低细胞中NF-κB和β-连环蛋白的转录活性降低。这项研究为TRAPβ在人类CRC细胞中通过AKT-AMPK-NF-κB-β-连环蛋白级联途径维持葡萄糖代谢的作用提供了新的见解。

引言

人类结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症，预计到2040年，新发病例数和死亡人数将分别增加到320万和160万（Morgan等人，2023年）。识别有效且有前景的分子靶点并开发靶向疗法可能比传统治疗方法具有更高的效率且副作用更少（Ciombor等人，2015年）。

内质网（ER）是细胞中蛋白质合成、脂质代谢和钙稳态的关键细胞器（Schwarz和Blower，2016年）。许多研究表明，ER功能紊乱与多种人类疾病的风险增加密切相关（Amarakoon和Lee，2025年），包括癌症（Yadav等人，2014年）、神经退行性疾病（Lindholm等人，2006年）和心血管疾病（Minamino和Kitakaze，2010年）。正常细胞和癌细胞对ER机制的需求不同。例如，正常结肠细胞由于需要大量分泌蛋白质（如黏蛋白和抗菌肽），因此依赖高效的ER功能（Ma等人，2017年），而CRC细胞除了分泌功能外，还需要更强的ER机制来支持快速增殖、迁移和侵袭（Liu等人，2025年）。因此，针对ER功能可能是诱导癌细胞生长停滞和抑制其增殖的有效策略。最近，我们发现使用内质网相关降解（ERAD）抑制剂Eeyarestatin I（ESI）破坏ER机制可以诱导CRC细胞凋亡、G2期细胞周期停滞和自噬（Peng等人，2025年）。在本研究中，我们发现了一组称为转位复合体相关蛋白（TRAPs）的ER膜蛋白，它们可能是ER功能紊乱的潜在靶点。然而，TRAPs的生物学意义尚未完全明了。

TRAP复合体包含四个亚基（TRAPα、TRAPβ、TRAPγ和TRAPδ），目前对其作用的理解仍然有限。本研究重点关注TRAP复合体的一个亚基TRAPβ。TRAPβ是一种单跨膜蛋白，它与Sec61转位复合体及其他三个亚基（TRAPα、TRAPγ和TRAPδ）共同作用，对新合成的蛋白质进行适当的修饰和转运（Russo，2020年）。先前的研究已探讨了TRAPβ在肝癌（Hong等人，2020年；Chen等人，2022a；Liao等人，2021年；Ye等人，2024年）、黑色素瘤（Garg等人，2016年）、胃癌（Liu等人，2021年）和肺癌（Qian等人，2025年）中的作用。最近我们发现TRAPβ在调控CRC细胞周期和凋亡中的作用，并确定IRE1α为其潜在的下游靶点（Amarakoon等人，2025年）。然而，尚未有研究探讨TRAPβ对癌细胞代谢的影响。代谢重编程是癌细胞的重要特征，有助于它们满足快速增殖和侵袭的需求（Yang等人，2024年；Deberardinis和Chandel，2016年）。癌细胞代谢的变化，包括糖酵解增加、戊糖磷酸途径上调以及脂质合成增加，支持了癌细胞生物合成和生存的需求（Phan等人，2014年）。因此，针对这些代谢特征可能是有效的癌症治疗手段。在本研究中，我们研究了TRAPβ敲低对葡萄糖摄取和能量产生的影响，重点关注AKT、AMPK、NF-κB和β-连环蛋白信号通路的调节。

材料

对照和TRAPβ短发夹RNA（shRNA）慢病毒颗粒（分别为#sc-108,080和#sc-63,147-V）、感染试剂（Polybrene?；#sc-134,220）以及糖原合成酶激酶3β（GSK3β）的一抗（#sc-9166）均购自Santa Cruz Biotechnology, Inc.（美国德克萨斯州达拉斯）。Dual-Luciferase?报告基因检测系统（#E1980）购自Promega Corporation（美国密歇根州麦迪逊）。胰岛素底物1（IRS1）的一抗（#3407）和磷酸化AKT的一抗也来自该公司。

TRAPβ敲低降低了人类CRC细胞的葡萄糖摄取和ATP生成，并使AKT信号通路失活

首先，为了验证TRAPβ敲低的效果，我们进行了Western blot实验以比较TRAPβ的表达。HCT116-TRAPβ KD和SW480-TRAPβ KD细胞的TRAPβ表达分别比野生型（WT）降低了54%（图1A）和59%（图1B）。

为了研究TRAPβ敲低是否影响人类CRC细胞对葡萄糖的利用，我们使用已建立的HCT116和SW480 TRAPβ KD稳定细胞系比较了葡萄糖摄取和ATP生成情况。结果显示，TRAPβ敲低的HCT116细胞的葡萄糖摄取减少了27.7%（图1C）。

讨论

在过去九年中，TRAPβ的生物学功能已在多种类型的癌细胞系中进行了研究，包括肝细胞癌（Hong等人，2020年；Chen等人，2022a；Liao等人，2021年；Ye等人，2024年）、黑色素瘤（Garg等人，2016年）、胃癌（Liu等人，2021年）和肺癌（Qian等人，2025年），重点探讨了其对细胞生长和凋亡的必要性及贡献。例如，Chen等人发现TRAPβ下调可诱导细胞凋亡和G1期停滞。

CRediT作者贡献声明

Jing Peng：撰写初稿、数据可视化、实验设计、数据分析、概念构建。

Darshika Amarakoon：实验设计。

Seong-Ho Lee：撰写修订稿、监督、概念构建。

资助

本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢YongHoon Joo博士提供的技术支持。

术语表

TRAPβ

转位复合体相关蛋白亚基β

KD

敲低

WT

野生型

ER

内质网

CRC

结直肠癌

ESI

Eeyarestatin I

IRE1α

肌醇依赖性跨膜激酶/内切核糖核酸酶1α

ATP

三磷酸腺苷 AKT

蛋白激酶B IRS1 胰岛素底物1 NF-κB 活化B细胞的核因子κ轻链增强因子 AMPK AMP激活的蛋白激酶 mTOR 雷帕霉素的哺乳动物靶点 DMEM Dulbecco改良Eagle培养基 FBS 胎牛血清 2-NBDG 2-脱氧-2-[(7-硝基-2-)