《Nature》重磅研究：VPS35氧化修饰调控线粒体翻译的新机制及其在癌症化疗耐药中的作用
一、研究团队与发表信息
本研究由Junbing Zhang（张俊兵，中国科学院上海营养与健康研究所）、Md Yousuf Ali（哈佛大学）、Harrison Byron Chong（麻省总医院癌症研究中心）等来自14家机构的联合团队完成，通讯作者为Junbing Zhang和Liron Bar-Peled。研究成果于2025年5月22日发表于《Nature》第641卷，标题为《Oxidation of retromer complex controls mitochondrial translation》。
二、学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于细胞生物学与癌症代谢的交叉领域，聚焦活性氧（ROS）信号传导、膜运输复合体（retromer complex）功能调控及线粒体翻译的分子机制。
研究背景：
1. ROS的双重角色：低浓度ROS参与细胞信号传导，高浓度则导致大分子损伤，与癌症和神经退行性疾病密切相关。然而，ROS感知蛋白及其通过半胱氨酸（cysteine）残基调控ROS生成的机制尚不明确。
2. 线粒体翻译的调控空白：线粒体是ROS的主要来源，其电子传递链（ETC）活性受核编码和线粒体编码蛋白共同调控。此前研究发现，抑制线粒体翻译可降低ROS水平，但具体调控通路未被阐明。
3. 临床问题：铂类化疗药物（如顺铂）通过增加ROS杀伤癌细胞，但耐药性频发，其机制与线粒体功能的关系尚不清楚。
研究目标：
- 系统性鉴定ROS感知的半胱氨酸位点；
- 揭示VPS35氧化修饰如何通过retromer复合体调控线粒体翻译；
- 探索该通路在癌症化疗耐药中的作用。
三、研究流程与方法
1. 系统性筛选ROS敏感的半胱氨酸位点
- 方法：
- 利用CRISPR碱基编辑技术（base-editing screens）靶向25,000+个半胱氨酸位点，结合计算分析（进化保守性评估和变异效应预测）。
- 在K562和HEK-293T细胞中筛选对ROS生成药物（如顺铂、三氧化二砷）或过氧化氢（H₂O₂）敏感的突变位点。
- 结果：
- 鉴定出583个介导耐药性和1,801个介导敏感性的半胱氨酸，其中VPS35的Cys673和Cys653突变显著提高细胞对ROS的抵抗（图1）。
2. VPS35作为ROS传感器的机制验证
- 实验设计：
- 氧化修饰检测：使用磺酸特异性探针NO-DTB和化学蛋白质组学技术，证实H₂O₂直接氧化VPS35的Cys653/Cys673，形成磺酸（sulfinic acid）。
- 复合体解离分析：免疫共沉淀（Co-IP）显示，氧化后的VPS35与retromer组分VPS26/VPS29的结合能力丧失（图2c）。
- 功能模拟：构建VPS35(C673D)氧化模拟突变体，发现其导致retromer复合体解离并扩散至胞质（图2g）。
3. 膜运输重编程与线粒体翻译调控
- 关键发现：
- 血浆膜蛋白质组学：H₂O₂处理或VPS35突变导致氨基酸转运蛋白SLC7A1（精氨酸/赖氨酸转运体）从膜上内化（图3e）。
- 代谢调控：SLC7A1内化减少胞内精氨酸（arginine）水平，导致线粒体tRNA（mt-tRNAᵃʳᵍ）氨酰化（charging）缺陷，抑制线粒体翻译（图4f）。
- 功能挽救实验：添加细胞穿透性精氨酸类似物（Arg-EE）可恢复mt-tRNAᵃʳᵍ氨酰化和线粒体翻译（图4g）。
4. 卵巢癌化疗耐药机制与临床关联
- 模型验证：
- 细胞实验：在19种卵巢癌细胞系中，VPS35敲除或C673D突变使顺铂IC₅₀值升高15倍（图4i）。
- 临床数据：24例高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）患者中，低VPS35表达与更短的铂类无进展生存期（PFS）显著相关（图4h）。
四、主要研究结果
1. VPS35是ROS的直接传感器：H₂O₂氧化其Cys653/Cys673，引发retromer解离（图2）。
2. 信号传导通路：
- 氧化VPS35 → retromer解离 → SLC7A1内化 → 精氨酸缺乏 → mt-tRNAᵃʳᵍ氨酰化缺陷 → 线粒体翻译抑制 → ROS水平下降（图4l）。
3. 化疗耐药新机制：肿瘤通过下调VPS35或氧化其关键半胱氨酸，降低线粒体ROS，逃避铂类药物杀伤。
五、研究意义与价值
1. 理论突破：首次揭示retromer复合体通过氧化感应调控线粒体翻译的分子通路，填补了ROS信号与细胞器功能调控的空白。
2. 临床价值：
- 预后标志物：VPS35表达水平可预测卵巢癌铂类化疗响应。
- 治疗靶点：靶向VPS35氧化或SLC7A1内化或可逆转化疗耐药。
3. 方法论创新：整合碱基编辑筛选、化学蛋白质组学和功能代谢分析，为半胱氨酸功能研究提供范式。
六、研究亮点
1. 多学科技术整合：从进化保守性计算到临床样本验证，形成完整证据链。
2. 创新性发现：
- 提出“膜运输-代谢-翻译”跨区室调控ROS的新模式；
- 揭示精氨酸转运与线粒体翻译的直接关联。
3. 转化潜力：为开发针对化疗耐药的联合疗法提供新思路。
七、其他价值
研究还提示，VPS35氧化可能影响免疫突触蛋白（如CD47）的膜定位，为肿瘤免疫逃逸机制提供新线索（图3a）。