神经元分化调节因子CEND1通过AMPK信号通路协同抑制脑胶质瘤生长与能量代谢

《Cell & Bioscience》：Neuronal differentiation regulator CEND1 coordinately suppresses tumor growth and energetics via AMPK signaling in brain glioma

本研究针对胶质瘤细胞快速增殖和代谢适应性导致的临床预后差等问题，聚焦神经元分化调节因子CEND1在胶质瘤中的作用机制。研究人员通过临床样本分析、细胞实验和动物模型证实，CEND1在高级别胶质瘤中显著下调，其过表达可诱导胶质瘤细胞向神经元样分化，抑制细胞增殖和迁移，并通过抑制PDH活性和线粒体氧化磷酸化降低ATP水平。机制上，CEND1通过激活AMPK信号通路发挥抑癌作用，并增强胶质瘤对二甲双胍的敏感性。该研究为胶质瘤治疗提供了新的潜在靶点。

　　

脑胶质瘤，特别是胶质母细胞瘤(GBM)，是一种高度致命的原发性脑癌，以侵袭性生长和不良临床预后为特征。尽管目前治疗手段不断进步，包括最大范围安全手术切除、替莫唑胺化疗、放疗、肿瘤治疗电场(TTFields)和免疫治疗，但患者总体生存期(OS)仍不理想。这种治疗瓶颈很大程度上源于胶质瘤细胞的快速增殖及其对治疗产生的获得性耐药。胶质瘤细胞的快速增殖对其能量供给提出了极高要求，而这需要通过激活不同的代谢途径来支持。因此，能够协同靶向胶质瘤细胞增殖和代谢依赖性的策略，可能为增强胶质瘤治疗效果、改善患者预后提供更有效的途径。

与周围组织中的肿瘤不同，胶质瘤起源于大脑内部，与多种神经细胞（尤其是神经元）共存。在大脑中，胶质瘤细胞表现出比邻近神经元更强烈的增殖行为，而神经元则主要是终末分化的、退出细胞周期的。为了支持神经元分化和复杂功能，神经元高度依赖线粒体氧化磷酸化来产生大量ATP。相比之下，胶质瘤细胞已知会利用有氧糖酵解来维持肿瘤性增殖，但同时它们也维持线粒体代谢以满足快速肿瘤生长的能量需求。胶质瘤细胞与神经元在增殖和代谢上的显著差异提示，将胶质瘤细胞重编程向神经元样状态，可能显著减弱其增殖恶性程度。

近期研究开始探索将胶质瘤细胞进行神经元重编程作为降低其侵袭性的潜在策略。例如，强制表达神经元转录因子（如ASCL1、SOX9、Ngn2、NeuroD1）或引入神经元蛋白（如synapsin III），已被证明能够驱动胶质母细胞瘤细胞系和原代胶质瘤干细胞向神经元样状态转分化，从而抑制其增殖特性。此外，采用包含蛋白激酶抑制剂的药物组合等药理学策略，也能激活神经转录因子相关通路，促进胶质母细胞瘤细胞向非增殖性、神经元样状态重编程。所有这些旨在改变胶质瘤细胞命运的遗传学和药理学干预手段，为胶质瘤治疗开辟了新途径。然而，这些研究主要集中于调控神经元转录程序。对于能够同时抑制胶质瘤细胞增殖（使其向神经元样状态转变）并阻断其能量代谢产出的新因子，其识别与作用机制尚不清楚。

在这项发表于《Cell & Bioscience》的研究中，舒玉亭等人旨在识别能够协调抑制胶质瘤细胞增殖和代谢的神经元分化因子。他们发现，CEND1作为一个关键的神经元分化调节因子，在高级别胶质瘤中显著降低，且其低表达与患者不良预后相关。研究人员通过体外和体内实验深入探讨了CEND1过表达对胶质瘤生物学行为的影响及其分子机制。

本研究主要运用了以下关键技术方法：利用TCGA、CGGA和西华医院(WCH)队列进行临床数据生物信息学分析；通过慢病毒转染在胶质瘤细胞系(U87-MG, T98G)中实现CEND1的稳定过表达；采用蛋白质印迹(Western blot)、免疫组织化学(IHC)和免疫荧光技术检测蛋白表达与定位；通过CCK-8、EdU掺入和Transwell实验评估细胞活力、增殖和迁移能力；利用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)进行非靶向代谢组学分析；通过Seahorse XF线粒体压力测试评估细胞线粒体呼吸功能；使用ATP检测试剂盒测量细胞内ATP水平；并构建了免疫缺陷鼠(BALB/c nude)和免疫健全鼠(C57BL/6)的颅内原位胶质瘤模型，通过生物发光成像、组织学染色和生存分析评估体内肿瘤生长。

CEND1在胶质瘤中表达降低并与肿瘤恶性程度及患者预后负相关

研究人员通过生物信息学分析，筛选在胶质瘤组织中差异表达且与中枢神经系统神经元分化相关的基因，发现CEND1是下调最显著的基因之一。其在TCGA、CGGA和西华医院(WCH)队列中的低表达均与患者较短的总生存期显著相关。蛋白质水平验证显示，CEND1蛋白在胶质瘤组织中也显著低于癌旁组织。免疫组化进一步证实，CEND1信号在癌旁神经细胞的胞体中富集，而在肿瘤细胞中减少甚至检测不到。随后的分析表明，CEND1的表达水平随胶质瘤级别升高而降低，提示其与肿瘤恶性程度呈负相关。

CEND1过表达诱导胶质瘤细胞神经元样转分化并抑制其生长

为了探究CEND1的功能，研究团队在U87-MG和T98G胶质母细胞瘤细胞系中通过慢病毒过表达CEND1。结果显示，CEND1过表达细胞呈现出神经元样形态，如细胞体伸长、出现双极或多极突起及复杂的神经样分支。同时，神经元标志物Tuj1、NeuN、MAP2和PSD95的蛋白表达水平上调，表明细胞发生了部分神经元样转分化。

功能实验表明，CEND1过表达显著降低了胶质瘤细胞的活力、增殖能力（EdU阳性细胞减少）和迁移能力。分子水平上，细胞周期驱动蛋白Cyclin D1下调，而细胞周期抑制蛋白p21上调，这解释了其抗增殖效应的部分机制。

CEND1过表达在体内抑制胶质瘤生长并延长生存期

为了验证CEND1的体内抑瘤效果，研究人员构建了裸鼠颅内原位移植瘤模型。生物发光成像显示，与对照组相比，CEND1过表达组的肿瘤生长显著减缓。生存分析表明，CEND1过表达将荷瘤鼠的中位生存期从19天延长至28.5天。组织学分析证实，CEND1过表达组肿瘤体积更小，增殖细胞核抗原(PCNA)阳性指数显著降低，神经元标志物Tuj1表达增加。在免疫健全小鼠的GL261胶质瘤同系移植模型中也观察到了类似的肿瘤生长抑制和生存期延长效果。

CEND1过表达抑制胶质瘤线粒体能量代谢

代谢组学分析发现，CEND1过表达导致胶质瘤细胞的糖酵解和线粒体氧化磷酸化通路发生显著改变。具体表现为线粒体氧化磷酸化中间产物（如富马酸、L-苹果酸）水平下降，而部分糖酵解代谢物（如葡萄糖、6-磷酸果糖、乳酸）水平上升。关键的是，细胞内ATP水平显著降低。进一步机制探索表明，CEND1过表达增加了丙酮酸脱氢酶(PDH) E1α亚基Ser293位点的抑制性磷酸化，提示PDH酶活性被抑制，从而减少了乙酰辅酶A的生成和后续的线粒体能量代谢。然而，CEND1过表达并未影响线粒体形态动力学相关蛋白DRP1的表达与磷酸化，也未影响mTORC1信号通路的活性。

CEND1通过激活AMPK信号通路并增强胶质瘤对二甲双胍的敏感性

能量感应通路分析显示，CEND1过表达细胞中AMPKα Thr172位点及其下游底物乙酰辅酶A羧化酶(ACC) Ser79位点的磷酸化水平升高，PAK3表达也上调，表明AMPK信号通路被激活。体内实验也证实CEND1过表达肿瘤组织中p-AMPK(Thr172)水平升高。Seahorse线粒体压力测试进一步表明，CEND1过表达损害了胶质瘤细胞的基线呼吸、最大呼吸能力和ATP产量。鉴于AMPK的细胞周期抑制作用，研究人员探讨了CEND1过表达是否会改变细胞对经典AMPK激活剂二甲双胍的敏感性。结果显示，CEND1过表达增强了胶质瘤细胞对二甲双胍的敏感性，其IC₅₀值从对照组的9.921 mM降至5.081 mM。在二甲双胍处理下，CEND1过表达细胞表现出更显著的Cyclin D1下降和p21上升。此外，使用低剂量多柔比星(DOX)抑制AMPK活性后，CEND1诱导的神经元标志物（MAP2, Tuj1）上调被部分削弱，提示CEND1驱动的神经元样转分化部分依赖于AMPK的激活。

结论与意义

本研究确立了神经元分化调节因子CEND1作为胶质瘤进展的多功能抑制因子。CEND1在高级别胶质瘤中表达下调，其低表达与患者不良预后相关。功能上，CEND1通过诱导胶质瘤细胞向神经元样转分化、抑制线粒体能量代谢（特别是通过抑制PDH活性降低ATP生成）以及激活AMPK信号通路，协同发挥抗增殖和抗生物能量合成的作用。机制上，CEND1驱动的神经元样转分化部分依赖于AMPK的激活。此外，CEND1过表达还能增强胶质瘤细胞对二甲双胍的治疗敏感性。这项研究不仅揭示了CEND1在协调胶质瘤细胞命运与代谢重编程中的新功能，而且为开发同时靶向增殖和代谢的胶质瘤治疗策略提供了有希望的候选靶点。