摘要：肺癌是全球癌症死亡的重要因素，间变性淋巴瘤激酶（ALK）的融合基因是非小细胞肺癌（NSCLC）的一种分子亚型，占肺腺癌的4%-6%。近年来，针对ALK、ROS1、RET等融合基因的酪氨酸激酶抑制剂（TKI）的发现及应用为癌症的临床治疗带来了革命性的变化，但目前
肺癌是全球癌症死亡的重要因素，间变性淋巴瘤激酶（ALK）的融合基因是非小细胞肺癌（NSCLC）的一种分子亚型，占肺腺癌的4%-6%。近年来，针对ALK、ROS1、RET等融合基因的酪氨酸激酶抑制剂（TKI）的发现及应用为癌症的临床治疗带来了革命性的变化，但目前靶向治疗总会出现耐药现象。
此外，代谢失调是癌细胞的标志性特征。越来越多的研究表明，肿瘤代谢重编程是驱动癌变和治疗抵抗的核心机制之一，在肺癌中，核苷酸代谢的改变已受到关注。然而，其在致癌基因驱动的肺癌中的作用机制仍不明确，且代谢依赖性如何影响ALK阳性非小细胞肺癌对酪氨酸激酶抑制剂的敏感性也尚不清楚。
近日，哈佛医学院Marcia C. Haigis团队在国际顶刊Cell（IF=45.5）发表题为“GUK1 activation is a metabolic liability in lung cancer”的研究论文。该研究通过酪氨酸磷酸化修饰组学技术，首次发现鸟苷酸激酶1（GUK1）是ALK融合阳性（ALK+）肺癌的关键靶点，其酪氨酸74位点（Y74）的磷酸化修饰通过增强二磷酸鸟苷（GDP）的合成和Ras-MAPK信号通路促进肿瘤生长，为基于代谢依赖性的肺癌精准治疗以及耐药性机制研究提供了新思路。
01
酪氨酸磷酸化组学锁定GUK1为ALK下游关键代谢靶点
为了找出ALK+ NSCLC中介导酪氨酸激酶抑制剂（TKI）敏感性的机制，研究团队在ALK+ NSCLC肺癌患者来源的细胞系中进行了酪氨酸（pY）磷酸化修饰组学检测，在972个蛋白质中鉴定到1665个酪氨酸磷酸化修饰位点。
研究团队对比分析了ALK抑制剂劳拉替尼（Lorlatinib）敏感型与耐药型细胞的组学结果，发现ALK TKI敏感细胞中酪氨酸磷酸化水平较低，其中鸟苷酸激酶1（GUK1）的Y74位点磷酸化水平在TKI敏感细胞中显著下调（图1）。
图1 酪氨酸磷酸化组学结果
02
ALK介导的GUK1磷酸化促进GDP生物合成
GUK1是催化GMP生成GDP的关键酶，而GDP是GTP的前体，直接影响Ras等GTP酶的活性，并且在嘌呤代谢酶中，GUK1受ALK抑制的调控程度最高。于是研究团队针对GUK1展开了一系列实验。
体外实验表明，重组ALK蛋白可直接磷酸化GUK1，且该过程可被劳拉替尼阻断，磷酸化后的GUK1酶活性增强。分子动力学模拟发现，Y74位点磷酸化可稳定GUK1的GMP结合域（GMP-BD）构象，防止其“塌陷”为非活性状态，有利于GDP的形成。突变实验表明，Y74F突变体无法被ALK磷酸化，导致酶活性丧失，并显著抑制肿瘤细胞增殖和裸鼠成瘤能力。这些数据表明ALK直接在位点Y74处磷酸化GUK1，增加GUK1酶活性，促进了GDP的合成（图2）。
图2 ALK直接磷酸化GUK1-Y74，增强其酶活性
03
抑制ALK 影响GDP生物合成及体内核苷酸代谢
由于GUK1是哺乳动物中唯一报道的负责从GMP合成GDP的酶，研究团队进一步探究了TKI抑制剂是否会影响ALK+细胞系中嘌呤代谢物的水平。
使用劳拉替尼抑制ALK后，细胞内GMP水平上升，GDP和GTP水平下降，嘌呤补救途径的中间产物增加，同位素示踪实验也证实抑制ALK会阻断GDP和GTP的生成。研究团队通过小鼠模型和临床样本分析，发现ALK驱动的肿瘤中GDP水平显著升高（图3）。研究提示ALK突变可能调节鸟嘌呤核苷酸代谢途径。
图3 抑制ALK降低GDP合成
04
其他融合致癌驱动因子对 GUK1 磷酸化的调节
研究团队进一步检查了其他融合致癌驱动因子对GUK1的影响。实验结果显示，ROS和RET酪氨酸激酶在体外可直接磷酸化GUK1的Y74位点，且对应的激酶抑制剂可抑制GUK1的Y74磷酸化水平。ROS1或RET融合阳性的肺癌患者肿瘤样本中也可检测到pGUK1，表明GUK1的磷酸化在肺癌中广泛存在，且受多种致癌驱动因子调节。
此外，研究团队对TCGA数据进行分析，发现GUK1在肺癌（LUAD和LUSC）中的表达和拷贝数均显著高于正常肺组织，且高表达GUK1的患者总体生存率较低，进一步提示GUK1可能成为多类融合基因阳性肺癌的共有靶点。
图4 GUK1可能成为多类融合基因阳性肺癌的共有靶点
综上所述，本研究通过酪氨酸磷酸化修饰组学筛选出GUK1作为ALK信号的代谢调控靶点，其激活是肺癌的一种代谢依赖性。这种代谢依赖性体现在GUK1的磷酸化能够增强GDP合成，从而支持肿瘤的生长和增殖。此外，这种代谢依赖性不仅限于ALK融合阳性的肺癌，还可能扩展到其他致癌基因驱动的肺癌亚型。这一发现为为理解肿瘤代谢与致癌信号通路的相互作用提供了新的视角，提示通过干预代谢依赖性可能成为一种有效的治疗手段。
图5 本研究机制图
景杰评述
本文创新性地揭示了肺癌的一种关键代谢依赖性，即GUK1的激活。研究发现，GUK1作为ALK信号通路的代谢靶点，其磷酸化显著增强GDP合成，对肿瘤生长至关重要。这一发现不仅丰富了对致癌基因驱动肺癌代谢机制的理解，还为开发针对性治疗策略提供了理论支持，提示干预代谢依赖性或成潜在治疗方向。
酪氨酸磷酸化修饰组学有助于深入理解信号传导网络，帮助发现新的药物靶点，从而进一步评估药物的疗效和耐药性机制，为个体化治疗提供科学依据。本研究从克服耐药性的角度，阐释了酪氨酸磷酸化在疾病发生发展中的作用和研究思路。并发现GUK1这一关键蛋白及其磷酸化位点Y74与肿瘤代谢和增殖密切相关。更广泛地看，该研究运用酪氨酸磷酸化组学的方法，为其他类型癌症及复杂疾病的研究提供了重要借鉴。
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参考文献：
Schneider JL, et al. 2025. GUK1 activation is a metabolic liability in lung cancer. Cell.
来源：景杰生物
