《Current Issues in Molecular Biology》：TRIM24 Regulates Adaptation to Glucose Deprivation in Association with Aspartate Accumulation and Impaired AMPK Signaling
Xiaochen Yu,
Duopeng An,
Dadui Ren,
Peng He,
Yunkai Yang,
Nanye Chen,
Rui Wang,
Shan Wu,
Jun Feng and
Meiqing Feng
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本研究聚焦细胞应对葡萄糖剥夺（glucose deprivation）这一关键代谢压力，探讨了TRIM24（tripartite motif-containing 24）在其中扮演的角色。研究人员通过构建TRIM24基因敲除细胞模型及小鼠模型，结合靶向代谢组学、AMPK信号通路检测及天冬氨酸（aspartate）干预实验，发现TRIM24缺失会导致细胞内天冬氨酸异常累积，进而抑制AMPK（AMP-activated protein kinase）通路的激活，削弱细胞对葡萄糖剥夺的适应能力。该研究不仅揭示了TRIM24在代谢应激响应中的新功能，还为理解代谢重编程与细胞存活之间的调控机制提供了新视角，对代谢相关疾病（如肿瘤、缺血等）的研究具有潜在意义。
在生命活动中，细胞时常面临“断粮”危机——比如在肿瘤微环境、缺血或禁食状态下，葡萄糖供应会急剧减少。这种“葡萄糖剥夺”是细胞必须应对的一种严峻代谢压力。如果细胞不能及时调整自身的代谢程序、激活相应的应激响应通路，就难以维持能量平衡，最终可能导致死亡。那么，细胞究竟如何感知“饥饿”信号、并启动一套精密的生存程序呢？这背后有一个众所周知的“能量感受器”——AMPK（AMP-activated protein kinase，AMP激活的蛋白激酶）。在能量不足时，AMPK会被激活，进而调控下游的代谢通路，帮助细胞“节流开源”、渡过难关。然而，除了这个经典通路，是否还有其他关键分子参与这场“饥饿生存战”？近年来，一个名为TRIM24（tripartite motif-containing 24，也称为TIF1α）的多功能蛋白引起了科学家的注意。它已知参与转录调控、染色质修饰和肿瘤进程，但它在代谢应激、特别是葡萄糖剥夺中的具体作用，却一直是个未解之谜。更令人好奇的是，越来越多的证据表明，某些代谢中间产物本身就能直接影响细胞的应激响应和命运决策。那么，TRIM24是否通过调控代谢重塑，来影响细胞对葡萄糖剥夺的适应性呢？为了回答这个问题，一支研究团队在《Current Issues in Molecular Biology》上发表了一项系统的研究。
为了探索TRIM24在葡萄糖剥夺应激中的作用，研究人员运用了多种关键技术方法。他们首先利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，构建了TRIM24基因敲除的MCF-7（人乳腺癌细胞）和HEK293（人胚胎肾细胞）细胞模型，并通过免疫印迹（immunoblotting）验证了敲除效率。在构建了稳定敲除模型后，他们通过台盼蓝染色法检测细胞活力，评估TRIM24缺失对葡萄糖剥夺下细胞存活的影响。为了探究其背后的分子机制，他们采用了靶向代谢组学分析（基于核磁共振NMR技术）来比较敲除细胞与对照细胞的代谢谱变化，并专门使用天冬氨酸检测试剂盒对关键代谢物进行定量。同时，通过免疫印迹检测AMPK通路关键蛋白（如磷酸化AMPK、ACC、ULK1）的活化状态，并测量了细胞内ATP/AMP的水平。研究人员还进行了功能回复实验，包括在敲除细胞中重新表达TRIM24，以及使用药物AICAR（AMPK激动剂）、AOA（氨基酸氧乙酸，一种转氨酶抑制剂）和外源性天冬氨酸进行处理，以验证AMPK通路和天冬氨酸在表型中的作用。此外，他们还利用siRNA敲低了天冬氨酸代谢相关酶GOT2（glutamic-oxaloacetic transaminase 2），从遗传学角度进行验证。最后，为了在整体动物水平验证发现，研究团队构建了全身性Trim24基因敲除小鼠（C57BL/6背景），并对小鼠进行48小时禁食处理，随后采集肝脏样本，同样检测了AMPK通路活化和天冬氨酸水平。
3.1. TRIM24的缺失使细胞对葡萄糖剥夺更加敏感
研究人员发现，在葡萄糖剥夺条件下，TRIM24敲除的MCF-7和HEK293细胞表现出更明显的形态学改变（如细胞变圆、脱落），并且细胞活力与活细胞数量显著下降。相反，在谷氨酰胺剥夺、血清剥夺或低氧条件下，TRIM24缺失并未显著影响细胞存活，这表明TRIM24的作用在葡萄糖剥夺应激中尤为突出。通过在TRIM24敲除细胞中重新表达TRIM24蛋白，可以部分恢复细胞在葡萄糖剥夺下的活力，证明该表型确实源于TRIM24的缺失。
3.2. TRIM24缺失损害葡萄糖剥夺下的AMPK通路激活
进一步的机制探索发现，在葡萄糖剥夺下，对照细胞中AMPK在Thr172位点的磷酸化及其下游靶点ACC（Acetyl-CoA carboxylase，乙酰辅酶A羧化酶）在Ser79位点和ULK1（Unc-51 like autophagy activating kinase 1）在Ser555位点的磷酸化均被有效诱导，而在TRIM24敲除细胞中，这种激活被显著削弱。使用AMPK激动剂AICAR处理，可以恢复TRIM24敲除细胞中AMPK的磷酸化，并改善其在葡萄糖剥夺下的存活率，这提示AMPK激活受损是导致TRIM24缺陷细胞适应不良的关键因素。
3.3. TRIM24缺失与葡萄糖剥夺下天冬氨酸积累增加相关
为了探究代谢层面的改变，研究人员进行了靶向代谢组学分析。结果显示，TRIM24敲除细胞的代谢谱与对照细胞存在差异，尤其是在葡萄糖剥夺下，天冬氨酸（aspartate）在敲除细胞中显著累积。这一发现通过天冬氨酸检测试剂盒在两种细胞系中得到了独立验证。有趣的是，外源性添加天冬氨酸足以抑制葡萄糖剥夺下的AMPK通路激活，并提高细胞的ATP/AMP比值。这提示异常累积的天冬氨酸可能通过影响细胞的能量状态，进而抑制AMPK的激活。
3.4. 调控天冬氨酸可改变TRIM24缺陷细胞的葡萄糖剥夺响应
为了验证天冬氨酸累积是否具有功能上的因果性，研究人员使用转氨酶抑制剂AOA（aminooxyacetic acid）来降低细胞内天冬氨酸水平。结果表明，AOA处理能恢复TRIM24敲除细胞中AMPK的磷酸化，降低ATP/AMP比值，并显著提高细胞在葡萄糖剥夺下的存活率。而在AOA处理的同时重新加入外源性天冬氨酸，则能逆转这些效应。此外，通过siRNA敲低天冬氨酸代谢酶GOT2，也获得了类似的结果，即恢复AMPK激活。这些药理学和遗传学实验共同表明，异常累积的天冬氨酸是连接TRIM24缺失与AMPK通路激活受损、进而导致细胞适应不良的关键介质。
3.5. TRIM24缺陷改变小鼠体内的饥饿响应
最后，研究在整体动物水平进行了验证。研究人员构建了Trim24全身敲除小鼠，并对其进行48小时禁食处理。与细胞实验结果一致，在饥饿状态下，Trim24-/-小鼠肝脏中AMPK、ACC和ULK1的磷酸化水平显著低于野生型对照小鼠，同时肝脏中的天冬氨酸水平更高。这为TRIM24在体内调节饥饿响应和天冬氨酸代谢的作用提供了支持性证据。
结论与意义
这项研究系统地阐明了TRIM24在细胞应对葡萄糖剥夺这一代谢应激中的关键作用。研究得出结论：TRIM24的缺失会导致细胞在葡萄糖剥夺下存活能力下降，其分子机制与细胞内天冬氨酸的异常积累以及随之而来的AMPK信号通路激活受损密切相关。异常累积的天冬氨酸能够维持相对较高的ATP/AMP水平，从而“钝化”了细胞对能量压力的感知，阻止了AMPK的充分激活及其下游适应性响应的启动。通过药物（AOA）或基因（GOT2敲低）手段降低天冬氨酸水平，可以恢复AMPK通路的激活并改善细胞的适应能力。在体内实验中，Trim24敲除小鼠在饥饿状态下也表现出AMPK激活减弱和天冬氨酸水平升高的类似表型。
该研究的创新性与重要意义在于：首先，它首次将TRIM24这一已知的转录调控和肿瘤相关蛋白，与细胞葡萄糖代谢应激和天冬氨酸代谢明确联系起来，拓展了TRIM24的生物学功能认知。其次，研究揭示了天冬氨酸不仅仅是一种参与生物合成的代谢中间产物，它还能作为一种调控分子，通过影响AMPK通路来干预细胞对能量危机的适应决策，这为理解代谢物如何直接调控信号通路提供了新的范例。最后，这些发现具有潜在的转化医学价值。由于葡萄糖剥夺常见于肿瘤微环境、缺血性疾病等多种病理生理状况，靶向TRIM24-天冬氨酸-AMPK轴或许能为开发针对代谢应激相关疾病（如癌症、心肌梗死、中风等）的新治疗策略提供思路。当然，研究也存在一些局限，例如AOA并非特异性针对天冬氨酸代谢的药物，TRIM24调控天冬氨酸稳态的上游具体机制尚未阐明，以及全身性敲除小鼠的表型可能混杂了系统性的影响等，这些都为未来的深入研究指明了方向。
