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PSPH作为丝氨酸代谢的关键分子，与诸多癌症密切相关。2020年11月，Jianli Zhang课题组在 Cell Biology International上发表了题为“PSPH可通过AMPK/mTOR/ULK1信号通路促进肝癌细胞系增殖和侵袭能力”的文章[1]。文章中指出PSPH可通过不依赖丝氨酸合成通路(SSP)的机制，诱导肝细胞癌自噬，促进其增殖和侵袭。 ——生物学背景—— 人源磷酸丝氨酸磷酸酶(Human L-3-phosphoserine phosphatase, PSPH, EC:3.1.3.3)属于HAD超家族，分子量为25 kDa，含225个氨基酸残基，其在生理条件下以二聚体形式存在并发挥功能。PSPH催化丝氨酸合成通路通路中最后一步不可逆步骤，即L-磷酸丝氨酸去磷酸化为L-Serine。最近的研究发现，PSPH与多种癌症密切相关，包括皮肤鳞状细胞癌，肺癌，胃癌，乳腺癌，脑癌和结肠癌等。按照其致癌机理可大致将其分为SSP通路依赖型与SSP通路非依赖型两大类。2011年，Bachelor等人发现，在外源丝氨酸充足的情况下，敲低PSPH仍可显著降低鳞状细胞癌中cyclin D1水平以及其增殖能力，但机制不明。此后，有关PSPH以不依赖于SSP通路的方式影响癌症发生发展的报道日益增多，2019年有三篇文章发现PSPH独立于SSP通路促进非小细胞肺癌(NSCLC)增殖、侵袭的现象。本文作者于2020年11月在Cell Biology International上发表了题为“PSPH可通过AMPK/mTOR/ULK1信号通路促进肝癌细胞系增殖和侵袭能力”的文章，进一步证实了PSPH在癌症发生发展中除了发挥与丝氨酸代谢相关的作用外，还具有重要的非酶功能。 ——实验结果—— 研究伊始，作者检测了人肝癌样本和癌旁组织中PSPH蛋白的表达，发现PSPH在肝癌样本中表达上调(图1a)。然后，作者又比较了正常人永生化人肝上皮细胞系(THLE‐3)和四种人肝癌细胞系中PSPH的表达。结果显示，所有HCC细胞系的PSPH蛋白水平均显著高于正常细胞(图1b)。为了进一步验证该结论，作者使用TCGA数据库分析PSPH的表达。结果显示PSPH在肝癌患者中高表达，并影响了其生存率。由于PSPH蛋白在人肝癌细胞系中表达无显著差异，因此使用Huh7细胞系进行后续实验。
图1. PSPH在人类HCC组织和细胞系中显著上调 为阐明PSPH在HCC中的作用，作者将肝癌细胞中PSPH敲除或过表达来观察其表型变化。首先，作者观察到PSPH过表达显著增强了肝癌细胞的增殖能力，上调了CyclinD1和PCNA的蛋白水平；肝癌细胞集落形成能力显著增强；明显促进了肝癌细胞的侵袭；凋亡细胞数量明显减少。而PSPH敲除后得到了与过表达完全相反的数据，进一步证实了PSPH能够调控人肝癌细胞的增殖、集落形成、侵袭和凋亡。 由于细胞自噬与癌症的发生发展密切有关，因此作者检测了各种细胞自噬标志物的水平，发现自噬相关蛋白表达水平与PSPH的表达量密切相关(图2a-d)。自噬体荧光单标法的定量结果显示PSPH过表达促进了肝癌细胞的自噬(图2e)。基于已有的研究成果，作者重点研究了PSPH能否通过AMPK、PI3K/AKT或MAPK/ERK途径调控肝癌细胞的自噬。WB结果显示，过表达PSPH可以激活AMPK信号通路，而对另外两种途径无影响。因此呢，上述实验表明，PSPH可通过AMPK信号通路调控肝癌细胞的自噬。
图2. PSPH通过AMPK信号通路调控HCC细胞自噬 接下来，作者进一步推测PSPH是通过激活AMPK信号通路从而调控肝癌细胞发生发展的。CCK-8实验表明，单独使用LKB1抗体，TAK1抑制剂，AMPK抑制剂均能显著抑制HCC细胞的增殖能力，并且联用组的细胞增值率显著低于单独使用TAK1抑制剂或LKB1抗体时。为了验证这一现象，作者检测了CyclinD1和PCNA的蛋白表达，发现其与细胞增殖的变化趋势相一致。集落形成实验和Transwell侵袭实验表明，上述三种抑制剂处理均能显著降低HCC的集落形成能力和侵袭能力，且联用的抑制效果更佳。同样的，抑制剂处理后也可以显著抑制肝癌细胞的凋亡。上述结果表明，PSPH通过AMPK/mTOR/ULK1信号通路调控肝癌细胞增殖，集落形成，自噬和凋亡，而抑制LKB1,TAK1或AMPK可挽救过表达PSPH对肝癌细胞的影响。 ——小结—— 本文发现PSPH通过AMPK/mTOR/ULK1信号通路影响肝癌发生发展，具体体现为促进肝癌细胞增殖、集落形成和侵袭，诱导自噬，抑制凋亡，揭示了PSPH与癌症之间复杂的作用关系，并有助于更好地理解癌症的发病机理并有针对性地开发高活性抑制剂。 参考文献： [1]. Zhang J , Wang E , Zhang L , et al. PSPH induces cell autophagy and promotes cell proliferation and invasion in the hepatocellular carcinoma cellline Huh7 via the AMPK/mTOR/ULK1 signaling pathway[J]. Cell Biology International, 2020. 作者：郭 超 |
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