《Leukemia》：BCR::ABL1 tyrosine kinase inhibitors induce ribosome collisions to activate ZAK-dependent ribotoxic stress and apoptosis in chronic myeloid leukemia
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为探索BCR::ABL1酪氨酸激酶抑制剂(TKI)如何诱导慢性粒细胞白血病(CML)细胞凋亡，研究人员深入研究了核糖体碰撞与核毒应激反应(RSR)的作用机制。研究发现，抑制BCR::ABL1可降低mTOR活性，从而上调EEF2K活性，导致翻译延伸因子eEF2磷酸化(p-EEF2)并减慢延伸速度，引发核糖体碰撞。碰撞的核糖体进而激活ZAKα依赖性MAPK通路，促使p38磷酸化，最终诱导CML细胞凋亡。该研究首次揭示了ZAKα依赖的RSR是BCR::ABL1抑制剂发挥细胞毒作用的关键通路，为CML，特别是对TKI耐药患者的联合治疗策略提供了新靶点。
在治疗慢性粒细胞白血病(CML)的武器库中，BCR::ABL1酪氨酸激酶抑制剂(TKI)，如大名鼎鼎的伊马替尼(Imatinib)，无疑是革命性的。它们精准靶向由费城染色体产生的致癌驱动蛋白，极大地改善了患者预后。然而，并非所有患者都对这类药物敏感，耐药问题以及疾病从慢性期向更具侵袭性的急变期进展的威胁始终存在。一个更深层次的谜题是：BCR::ABL1抑制剂究竟是如何触发CML细胞凋亡的？除了直接抑制激酶活性，是否存在我们尚未知晓的、更基础的细胞应激通路在发挥作用？
近年来，科学家们发现，细胞内负责“生产”蛋白质的“分子工厂”——核糖体，并非总是顺畅运行。在翻译压力下，核糖体会发生“堵车”，即核糖体碰撞。这种碰撞并非简单的交通故障，而是一个关键的分子信号，能够激活一条名为“核毒应激反应(Ribotoxic Stress Response, RSR)”的警报通路。这条通路的“哨兵”是一种叫做ZAK(也称为MAP3K20)的激酶，它能感知碰撞的核糖体，进而启动下游的应激激活蛋白激酶(SAPK)，如p38和JNK，最终影响细胞的命运，包括可能导向细胞凋亡。那么，在CML这个特定的疾病背景下，致癌的BCR::ABL1信号、治疗性的TKI、核糖体碰撞以及ZAK之间，是否存在一条隐秘的连线？这正是本研究试图解答的核心问题。
为了深入探索这一科学问题，研究团队综合利用了临床样本分析、细胞分子生物学、生物化学等多种技术手段。他们从已发表的公共数据库和一个独立的韩国患者队列中，分析了CML不同疾病阶段（慢性期、加速期、急变期）患者的基因表达谱。在细胞水平，研究主要使用了BCR::ABL1阳性的CML细胞系（如K562和KU812），并通过小干扰RNA(siRNA)敲低、CRISPR/Cas9基因敲除、过表达野生型及突变体蛋白（如激酶失活的ZAKK45A和组成性活化的ZAKF368C）等手段，在分子和功能层面操控ZAK及核糖体相关质量控制(RQC)因子（如ZNF598）的表达与活性。通过蛋白质免疫印迹(Western Blot)和磷酸化标签(Phos-tag)凝胶电泳，研究人员系统监测了包括AKT、mTOR、EEF2K、eEF2、ZAK、p38在内的多条信号通路的磷酸化状态变化。此外，还运用了蔗糖密度梯度超速离心技术分析核糖体分布（多聚体与单核糖体比例），以及嘌呤霉素标记和 Harringtonine 释放实验来评估全局蛋白质合成速率和翻译延伸速度。细胞表型方面，通过流式细胞术检测细胞凋亡（Annexin V/PI染色）和细胞计数来评估增殖与死亡。
ZAK表达上调与CML向急变期进展相关
研究伊始，团队从临床数据中寻找线索。对公共基因表达数据集的分析发现，在CML患者中，从慢性期进展到急变期时，ZAK以及RQC关键因子 ZNF598的mRNA水平选择性上调。在一个独立的韩国患者队列中进一步证实，急变期患者骨髓单个核细胞(BMMNC)中的ZAK蛋白水平显著高于慢性期患者，且ZAK表达量与原始细胞百分比呈正相关。对同一患者疾病进展过程的纵向追踪也显示，进入急变期时ZAK蛋白水平升高。这些发现首次将ZAK的表达与CML的恶性进展联系起来，提示核糖体碰撞及相关通路可能在CML病理生理中扮演重要角色。
ZAK通过激活AKT支持CML细胞增殖
ZAK在CML中高表达，究竟对癌细胞有利有弊？研究发现，在CML细胞系中敲低ZAK或RQC因子（ZNF598、NEMF、LTN1），会显著抑制细胞增殖，但在非CML细胞中无此效果，表明这种依赖性具有CML特异性。机制上，ZAK缺失会降低AKT、mTOR及其下游效应蛋白S6K的磷酸化水平；反之，过表达野生型或组成性活化的ZAK则能增强这些信号。重要的是，用AKT激活剂SC79可以挽救ZAK敲除细胞的增殖缺陷，而AKT抑制剂MK-2206则能模拟ZAK缺失的表型。这表明，在CML细胞中，ZAK通过促进AKT-mTOR信号通路的活性来支持细胞增殖，这或许解释了为何在增殖更旺盛的急变期患者中ZAK表达会升高。
ZAK介导BCR::ABL1抑制诱导的CML细胞凋亡
一个看似矛盾却又关键的发现出现了：虽然ZAK支持CML细胞生长，但它同时也是BCR::ABL1抑制剂（如伊马替尼、阿西米尼）诱导细胞凋亡所必需的。敲低或敲除ZAK能显著减弱伊马替尼或阿西米尼处理的CML细胞系以及原代患者BMMNC的凋亡。相反，过表达野生型ZAK，特别是组成性活化的ZAKF368C，能增强药物诱导的凋亡，甚至在不加药时也能诱发一定程度的凋亡，而这种促凋亡效应依赖于ZAK的激酶活性。这些结果清晰地定义了一条ZAK依赖的、由BCR::ABL1抑制触发的CML细胞凋亡通路。
BCR::ABL1抑制通过抑制mTOR诱导ZAK依赖性核毒应激反应
那么，BCR::ABL1抑制剂是如何激活ZAK的呢？研究表明，用伊马替尼处理CML细胞（而非非CML细胞）后，可观察到p38磷酸化和核糖体蛋白RPS10泛素化增加，这两个分别是RSR和RQC被激活的标志。同时，ZAK蛋白自身也发生磷酸化（表现为Phos-tag凝胶上的迁移变慢）。这些反应是BCR::ABL1依赖的，因为在Jurkat细胞中异位表达BCR::ABL1后，伊马替尼也能诱导相同效应。进一步机制探索发现，伊马替尼处理会降低mTOR磷酸化（即抑制mTOR活性），同时增加AMPK和p38的磷酸化。而敲低ZAK不仅能降低基础mTOR活性，还会完全阻断伊马替尼对AMPK和p38磷酸化的诱导作用。mTOR抑制剂Torin 1能与伊马替尼协同作用，进一步增强p38磷酸化和细胞凋亡。重要的是，ZAK的缺失使得mTOR抑制剂无法增强伊马替尼的促凋亡效果。此外，p38抑制剂SB203580（而非JNK抑制剂SP600125）能阻断ZAK过表达所增强的药物诱导凋亡。这些数据表明，BCR::ABL1抑制通过“沉默”mTOR信号，触发了一条ZAK依赖的、最终通过激活p38导致细胞凋亡的核毒应激通路。
BCR::ABL1抑制通过mTOR-EEF2K轴诱导EEF2磷酸化与核糖体碰撞
接下来的问题是，mTOR的抑制是如何引发核糖体碰撞并激活ZAK的？已知mTOR下游的S6K能磷酸化并抑制真核翻译延伸因子2激酶(eEF2 kinase, EEF2K)。而EEF2K的底物eEF2的磷酸化（p-EEF2）会抑制其功能，从而减慢翻译延伸速度，增加核糖体碰撞风险。实验证实，伊马替尼处理CML细胞后，EEF2K在Ser366位点的磷酸化（抑制性磷酸化）减少，而eEF2在Thr56位点的磷酸化（p-EEF2）增加，且mTOR抑制剂Torin 1能协同增强这种效应。功能上，伊马替尼处理确实降低了全局蛋白质合成速率和翻译延伸速度。蔗糖密度梯度离心分析显示，伊马替尼或阿西米尼处理使多聚体减少、80S单核糖体增多。更重要的是，来自药物处理细胞的“多聚体”对微球菌核酸酶(MNase)消化表现出抵抗性，这与碰撞的、紧密堆积的核糖体复合物特性相符。同时，ZAK和另一个碰撞传感器EDF1在梯度离心中的分布也向核糖体富集的组分转移。这些结果表明，BCR::ABL1抑制通过解除mTOR对EEF2K的抑制，导致eEF2磷酸化和翻译延伸减慢，进而产生了核酸酶抵抗性的核糖体碰撞，这些碰撞的核糖体则招募并激活了ZAK。
研究结论与意义
本研究系统性地揭示了一条此前未知的、连接致癌激酶抑制与细胞凋亡的核糖体中心信号通路。在CML中，BCR::ABL1抑制剂并非仅通过直接关闭致癌信号杀死细胞，它们还触发了一个连锁反应：抑制BCR::ABL1 → 降低mTOR活性 → 解除对EEF2K的抑制 → eEF2磷酸化 → 翻译延伸减慢 → 核糖体碰撞 → 激活ZAK → 启动p38介导的核毒应激反应 → 最终诱导细胞凋亡。
这一发现具有多重重要意义。首先，它从全新角度阐释了BCR::ABL1 TKI的细胞毒作用机制，将蛋白质翻译动力学、核糖体应激与细胞命运决定紧密联系起来。其次，研究破解了ZAK在CML中的“双重角色”悖论：在无治疗压力下，ZAK通过维持AKT-mTOR信号支持癌细胞增殖；而当治疗性压力（TKI）施加时，同一条ZAK通路却被劫持，转而执行促凋亡程序，这凸显了细胞信号网络的复杂性与环境依赖性。第三，该研究为克服CML治疗耐药提供了新的思路。ZAK依赖的RSR成为CML细胞的一个“阿喀琉斯之踵”，尤其考虑到ZAK在急变期患者中高表达。靶向翻译过程（如使用延伸抑制剂高三尖杉酯碱）或与mTOR抑制剂联用，可能通过增强核糖体碰撞和ZAK-p38通路的激活，来增敏TKI的疗效或克服耐药。最后，这项研究发表于血液学顶尖期刊《白血病》(Leukemia)，不仅深化了对CML生物学和治疗学的理解，也可能为其他涉及翻译失调或致癌激信号异常的癌症提供新的研究范式和治疗启示。
