学术研究报告：胞质乙酰辅酶A作为信号代谢物调控线粒体自噬的分子机制

一、研究团队与发表信息
本研究由复旦大学上海癌症中心、基础医学院及生物医学研究院的Yifan Zhang、Xiao Shen、Yuan Shen、Chao Wang等共同完成，通讯作者为Qun-Ying Lei教授。论文于2025年10月13日在线发表于*Nature*期刊，标题为《Cytosolic acetyl-coenzyme A is a signalling metabolite to control mitophagy》。

二、学术背景与研究目标
乙酰辅酶A（Acetyl-CoA, AccoA）是连接营养代谢与三羧酸循环（TCA cycle）的核心代谢物，其水平受营养状态（如禁食）动态调控。线粒体自噬（mitophagy）是细胞选择性降解受损线粒体的关键过程，已知通过PINK1-Parkin通路或线粒体自噬受体（如NLRX1）介导。然而，营养信号如何特异性触发线粒体自噬的机制尚不明确。本研究旨在揭示胞质AccoA通过其受体NLRX1调控线粒体自噬的分子机制，并探索其在肿瘤耐药中的作用。

三、研究流程与方法
1. 模型构建与表型分析
- 细胞模型：使用Hela、A549、MCF7等细胞系，通过短期禁食模拟培养基（SM，含5 mM葡萄糖和2 mM谷氨酰胺）诱导线粒体自噬，通过免疫印迹（WB）、流式细胞术（检测酸性mt-Keima信号）和线粒体DNA/核DNA比值（mtDNA/nDNA）量化自噬水平。
- 动物模型：野生型（WT）和NLRX1敲除（NLRX1−/−）小鼠禁食24小时，检测肝脏、腓肠肌和脑组织中AccoA水平及线粒体蛋白（如TIM23、HSP60）变化。

1. 代谢调控机制验证

   • AccoA代谢酶抑制：通过ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）抑制剂（HC、SB204990）和线粒体柠檬酸/苹果酸转运体（SLC25A1）抑制剂（BTC）降低胞质AccoA，观察线粒体自噬激活；补充乙酸（acetate）恢复AccoA水平以验证特异性。
     
   • CRISPR筛选：在全基因组范围内筛选HC诱导的线粒体自噬关键基因，发现NLRX1为排名最高的线粒体自噬受体（Mitocarta 3.0数据库支持）。
     

2. 分子互作与结构解析

   • AccoA与NLRX1结合：通过生物素标记AccoA（biotin-Accoa）下拉实验和细胞热转移实验（CETSA）证实两者直接结合；分子对接预测AccoA结合于NLRX1的LRR结构域（leucine-rich repeat）保守口袋（关键位点：Glu729、Lys754、Gln758、Arg958）。
     
   • 功能域突变：构建NLRX1(4A)突变体（上述四位点丙氨酸突变），发现其丧失AccoA结合能力，并组成性激活线粒体自噬。
     

3. 信号通路与肿瘤耐药研究

   • KRAS抑制剂（KRASi）模型：在KRAS突变型胰腺癌（KPC细胞）中，KRASi（如MRTX1133）下调ACLY表达，降低胞质AccoA，触发NLRX1依赖的线粒体自噬；NLRX1缺失导致活性氧（ROS）累积和NADP+/NADPH比例升高，增强KRASi疗效。
     

四、主要研究结果
1. 营养应激通过AccoA-NLRX1轴触发线粒体自噬
- 禁食或ACLY/SLC251抑制降低胞质AccoA，选择性诱导线粒体自噬（LC3线粒体募集增加，mtDNA减少），且不依赖AMPK/mTOR通路。
- NLRX1敲除完全阻断该过程，而NLRX1(4A)突变体则组成性激活自噬（图1f, 3i）。

1. AccoA结合调控NLRX1自抑制状态

   • AccoA通过增强LRR与NACHT结构域互作，维持NLRX1自抑制构象；AccoA水平下降后，NLRX1寡聚化并暴露LC3结合位点（LIR motif），招募自噬体（图3d-f）。
     

2. KRASi耐药性与代谢重编程

   • KRASi通过下调ACLY减少AccoA，激活NLRX1介导的线粒体自噬以缓解氧化应激；联合自噬抑制剂（如mdivi-1）可协同增强KRASi抗肿瘤效果（图4i-j）。
     

五、研究结论与价值
1. 科学意义：首次揭示胞质AccoA作为代谢信号分子，通过直接结合NLRX1调控线粒体自噬的分子机制，填补了营养感应与选择性自噬间的知识空白。
2. 应用价值：为KRAS突变肿瘤的耐药性提供新解释，靶向AccoA-NLRX1轴或可优化现有KRASi治疗方案。

六、研究亮点
1. 创新性发现：AccoA作为NLR家族受体的配体，扩展了代谢物信号传导的范畴。
2. 方法学创新：结合CRISPR筛选、结构生物学（分子对接）和代谢组学，多维度验证AccoA-NLRX1互作。
3. 转化潜力：提出“代谢检查点”概念，为肿瘤代谢干预提供新靶点。

七、其他价值
研究还发现线粒体蛋白输入应激（MPIS）通过抑制丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）降低AccoA，统一了不同应激源下NLRX1激活的机制（扩展数据图8p-t），为理解线粒体质量控制提供新视角。