肺癌(LC)是一种高度致命的恶性肿瘤 ，它的快速生长需要主要代谢燃料的过度分解代谢 。然而 ，LC细胞为了保持葡萄糖代谢活性而大量消耗葡萄糖 ，必然会导致肿瘤微环境中的葡萄糖不足 ，这对LC细胞是不利的 。因此 ，这些恶性细胞需要替代代谢燃料 。目前尚不清楚果糖（饮食中的一种丰富的糖）是否承担这一角色 。

腾博会官网生物合作伙伴上海中医药大学附属龙华医院陈文连/贾立军教授联合研究团队最新发现 ，果糖转运体GLUT5在肺癌转移患者肿瘤组织中高表达 ，并介导了果糖代谢通路的激活 ，进而抑制细胞能量感受器AMPK ，并活化其下游的mTORC1信号通路 ，促进肺癌细胞恶性生长的新机制 ，相关研究成果于2020年2月初发表于国际期刊《JCI Insight》上 。

为了评估体内LC的果糖代谢活性 ，作者招募了ADC(n=22)和SCC（n=13）两类LC患者（图1A）,并对这些患者的肿瘤组织和癌旁正常组织进行了代谢组学研究 。研究发现在LC组织中 ，果糖水平 、果糖与葡萄糖的比率以及果糖衍生的代谢物 ，包括1-磷酸果糖和磷酸二羟丙酮(DHAP)均升高（图1B ，1C） 。因此 ，作者假设在体内 ，当葡萄糖缺乏时 ，LC细胞可以改用循环中的果糖 。

图1 体内LC果糖利用活性的研究

 |   2. TCGA分析 ：发现果糖转运蛋白GLUT5 在肺癌肿瘤组织中高表达 

图2  LC患者组织中GLUT2和GLUT5表达情况

图3 LC组织和正常组织中GLUT5表达情况

|   4. 果糖代谢分析 ：发现GLUT5直接影响果糖摄取并促进LC细胞增殖

图4 SLC2A5缺失对LC细胞果糖摄取及增殖影响

|   5. 代谢流分析 ：GLUT5介导脂肪酸代谢途径稳定性

为了阐明果糖是否直接参与脂肪酸的合成 ，作者进行了体内代谢流测定 。将1M [U-¹³C6]-d-fructose通过小鼠尾静脉注入 ，并追踪A549异种移植瘤中的果糖下游代谢产物 。结果发现 ，在缺失SLC2A5的A549肿瘤中 ，¹³C-丙酮酸 、¹³C-乙酰辅酶A和¹³C-棕榈油酸减少 ，而在GLUT5过表达的A549肿瘤中 ，这些代谢物则反向上调(图5 ，A和B) 。这些发现表明 ，在肺部肿瘤中 ，吸收的果糖被用来合成脂肪酸 ，包括棕榈油酸 。

图5 SLC2A5对果糖下游脂肪酸代谢途径的调控

|   6. 抗体芯片 ：确定GLUT5促进LC恶性增殖信号通路

为了全面了解果糖利用诱导LC生长的分子机制 ，作者利用腾博会官网生物提供的PEX100磷酸化抗体芯片技术（可筛选31条信号通路）对SLC2A5缺失的A549肿瘤移植瘤和对照组的A549肿瘤移植瘤组织中的磷酸化谱进行广泛筛选 ，检测特定位点的蛋白磷酸化事件 ，并识别调控LC生长的下游底物/效应物 。与对照肿瘤相比 ，SLC2A5缺失在A549肿瘤中引起了广泛的磷酸化蛋白谱的变化 ，其中磷酸化水平升高50%以上的蛋白有82个 ，磷酸化水平降低50%以上的蛋白有46个 。在SLC2A5缺失的A549肿瘤中磷酸化水平改变的蛋白中 ，以辅酶A羧化酶1(ACC1)的蛋白表达最高 ，在Ser79处磷酸化水平增加达到838%以上 。而ACC1是AMPK众所周知的下游靶点 。相应地 ，抗体芯片显示AMPK也被显著激活 ，上调1.95倍(图6A) 。前人研究表明 ，AMPK下游的mTORC1蛋白是促进LC恶性生长的重要调控蛋白 。在本研究中 ，抗体芯片结果显示受mTORC1调控的两个最重要的蛋白4E-BP1和p70S6K的磷酸化在SLC2A5缺失的A549肿瘤中也被显著抑制(图6A) ，说明了mTORC1通路受到了GLUT5的调控 。作者利用Western blot方法验证了抗体芯片结果(图6B) 。
 

图6 抗体芯片分析SLC2A5对AMPK/mTORC1信号通路的调控

|   7. Rescue实验 ：证实GLUT5直接调控AMPK/mTORC1信号通路

为了进一步证实GLUT5介导的果糖利用可能影响AMPK/mTORC1信号通路 ，作者将对照组A549细胞和SLC2A5基因敲除的A549细胞在无糖培养基中饥饿2h ，以刺激AMPK ，抑制mTORC1活性 。然后在培养基中分别加入果糖和葡萄糖 ，最终浓度为6 mM ，处理细胞1h 。在果糖条件下 ，对照A549细胞可以用果糖抑制AMPK活性 ，上调mTORC1活性 ，而SLC2A5缺失的A549细胞由于丧失了果糖利用能力而没有表现出这种信号改变(图7A和B) 。此外 ，为了验证激活的AMPK是否阻碍LC细胞的生长 ，作者使用AMPK激动剂AICAR来异常刺激AMPK ，从而降低A549细胞中mTORC1的活性(图7C) 。可以发现A549细胞的增殖受到AICAR处理的显著抑制(图7D) 。总之 ，LC细胞需要GLUT5介导的果糖利用来抑制AMPK ，激活mTORC1活性 ，从而促进LC细胞的生长 。
 

图7 GLUT5是激活AMPK/mTORC1通路的主要靶点

|   小结

本研究充分利用了非靶向代谢组学筛选 、代谢流 、抗体芯片技术（腾博会官网生物均可提供服务）发现了肺癌恶性生长的双重机制 ：首先利用代谢组学技术发现了肺癌患者果糖摄入增加的特殊现象 ，并利用代谢流等技术证实了果糖转运蛋白GLUT5一方面通过增加果糖摄入 ，促进脂肪酸合成途径 ，为肺癌细胞提供补充能量的明确机制 。另一方面GLUT5引起的果糖摄入增加抑制了AMPK的活性 ，进而促进了mTORC1通路的激活 ，导致肺癌恶性增殖的机制（图8） 。
 

图8 GLUT5促进肺癌恶性增殖的双重机制
 

本研究实验设计思路清晰 ，层层递进；实验方法应用合理 ，推陈出新；实验结果全面可靠 ，非常值得腾博会官网视角推荐 。

文献原文 ：GLUT5-mediated fructose utilization driveslungcancer growth by stimulating fatty acid synthesis and AMPK/mTORC1 signaling.