ATI-1介导的VCP–UFL1–Beclin1轴的破坏会阻碍自噬的启动，从而在依赖自噬的癌症中引发代谢灾难

《Bioorganic Chemistry》：ATI-1 mediated disruption of the VCP–UFL1–Beclin1 axis thwarts autophagy initiation to trigger metabolic catastrophe in autophagy-addicted cancers

　　

刘彤|赵敏|高静|刘杰|张吉发

生物治疗系，生物治疗国家重点实验室及癌症中心，四川大学华西医院神经系统与多发病实验室，成都610041，中国

摘要

针对自噬起始过程的抑制是一种破坏癌细胞代谢适应性的有前景策略。在本研究中，我们发现ATI-1是一种新型小分子抑制剂，能够选择性地阻断自噬体形成的早期阶段。重要的是，我们发现ATI-1介导的自噬起始从头抑制在营养匮乏条件下会显著增强细胞死亡，揭示了自噬依赖性恶性肿瘤中的一个关键且具有情境特异性的脆弱性。机制上，ATI-1似乎作用于含缬氨酸蛋白（VCP/p97）并破坏其与UFL1特异性E3连接酶的相互作用。这种干扰可能促进Beclin1的多聚泛素化及其随后的降解，从而抑制自噬的起始。此外，ATI-1在异种移植模型中表现出强烈的抗肿瘤效果，且毒性较低。这些结果表明，VCP–UFL1–Beclin1轴可能是自噬调控中的一个潜在靶点，而ATI-1作为该通路的潜在小分子调节剂，为癌症治疗提供了有希望的治疗方向。

引言

胰腺腺癌（PDAC）和RAS突变肺癌（NSCLC）是致命的恶性肿瘤，其特征是对自噬的“依赖性”，即细胞严重依赖自噬来应对代谢压力[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。在营养匮乏条件下，自噬维持能量稳态和生物合成能力以支持肿瘤存活[6]。因此，调控自噬的轴成为极具前景的治疗靶点。虽然将羟氯喹（HCQ）与标准疗法结合的临床试验显示出希望[7]、[8]，但这类溶酶体抑制剂的疗效常常受到自噬阻断不完全、缺乏特异性以及脱靶毒性的限制[9]、[10]。因此，寻找新的调控轴以实现更有效和选择性的自噬抑制仍然是治疗上的关键优先事项。

在自噬调控网络中，VCP作为中心枢纽，将泛素依赖的蛋白质稳态与自噬机制联系起来[11]、[12]、[13]。VCP的功能多样性取决于其与多种辅因子的结合，这些辅因子通过特定基序招募六聚体ATP酶到不同的底物[14]、[15]。因此，VCP对自噬的多个阶段都至关重要，从起始复合体的组装到自噬体的成熟[11]、[16]、[17]。这使得VCP-辅因子相互作用组成为识别新的自噬调节剂的理想领域。

现有的VCP抑制剂，如ATP竞争性抑制剂CB-5083，主要针对ATP酶的催化位点，从而广泛干扰多种VCP依赖的功能。这种非选择性抑制常常导致严重的毒性[18]、[19]。因此，从全局ATP酶抑制转向选择性调节特定的VCP-辅因子功能轴，对于开发更安全、更精确的自噬靶向疗法至关重要。

最近的研究强调了VCP UFMylation在自噬起始中的调控作用。E3连接酶UFL1在VCP的赖氨酸109位点催化UFMylation，这种修饰稳定了Beclin1并促进了III类PI3K复合体的组装[20]。在代谢压力下，这种UFL1-VCP信号通路显著激活以维持自噬。相反，破坏VCP–UFL1相互作用会扰乱UFMylation和泛素化之间的平衡，触发关键自噬调节因子的异常蛋白酶体降解。这突显了VCP–UFL1轴作为药物干预的战略节点。

尽管越来越多的人认识到VCP–UFL1轴是自噬起始的关键调控节点，但用于研究这一通路的选择性药物工具仍然不足。通过无偏见的、基于表型驱动的筛选方法，我们发现了ATI-1这种新型的小分子自噬起始抑制剂。后续的逐步机制研究表明，ATI-1可能作用于VCP并破坏其与E3连接酶UFL1的相互作用，从而扰乱VCP相关的UFMylation稳态。这种干扰导致Beclin1的异常泛素化和蛋白酶体降解，最终抑制自噬体的形成。功能上，ATI-1优先抑制依赖自噬的癌细胞增殖，其在营养匮乏条件下的生长抑制效果尤为显著。此外，ATI-1在异种移植模型中表现出强烈的抗肿瘤效果，并具有良好的安全性。

综上所述，我们的发现表明ATI-1可能作为一种小分子化学探针，用于功能性地干扰VCP–UFL1–Beclin1轴，并为针对依赖自噬的癌症提供潜在的治疗策略。

章节片段

ATI-1通过干扰自噬起始表现出明显的自噬抑制作用

为了识别自噬抑制剂，我们建立了一个基于LC3免疫荧光的高通量成像筛选平台。如图1A所示，筛选流程包括对LC3免疫荧光图像进行分割以量化自噬体的数量。HeLa细胞被给予指定的化合物（10 μM）处理20小时，然后在最后4小时内加入CQ（20 μM）以评估自噬体的积累情况。因此，能够抑制自噬的化合物...

讨论

依赖自噬的癌症在营养匮乏和代谢压力条件下严重依赖自噬来维持生存，这导致它们对传统治疗策略具有明显的抗性[31]、[32]、[33]。尽管针对自噬已成为一种有前景的抗癌方法，但大多数临床研究的自噬抑制剂作用于溶酶体或自噬的后期阶段[34]。这些策略通常治疗效果有限...

细胞系和培养条件

HeLa、MIA PaCa-2和NCI-H1299细胞购自Fuheng Biology。所有细胞在37°C、5% CO?的潮湿培养箱中培养。HeLa和MIA PaCa-2细胞在含有10%胎牛血清的DMEM培养基（Cytiva, SH30243.01）中培养。NCI-H1299细胞在含有10% FBS的RPMI 1640培养基（Cytiva, SH30809.01）中培养。

试剂和抗体

本研究中使用了以下试剂和抗体：抗GAPDH抗体（Cell Signaling Technology, #97166S，Western blot稀释度1:3000）

CRediT作者贡献声明

刘彤：项目管理、数据整理。赵敏：数据整理。高静：撰写——初稿。刘杰：监督、资源协调、方法学设计。张吉发：撰写——审稿与编辑、实验设计、资金申请。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国四川省自然科学基金（2025ZNSFSC0691）的支持。

术语表

VCP

含缬氨酸蛋白：一种参与蛋白质稳态和自噬调控的AAA+ ATP酶。

UFMylation

由泛素折叠修饰因子UFM1介导的翻译后修饰。

Beclin1（BECN1）

III类PI3K复合体的核心组成部分，对自噬起始至关重要。

自噬起始

自噬的早期阶段，涉及自噬体膜的组装。

自噬流

自噬体形成、成熟和降解的完整过程。

自噬依赖性