癌症细胞通过代谢重编程来适应生存,而研究药物对代谢通路的影响有助于新疗法的开发。本研究结合了细胞水平的代谢通量分析与分子水平的代谢组学和脂质组学技术,深入探讨两种酪氨酸激酶抑制剂(AG-879和SU1498)对白血病细胞(THP-1)代谢的调控机制。
方法与技术
1. 细胞代谢分析: 使用Seahorse XF Pro技术实时监测线粒体呼吸(OCR)和糖酵解(ECAR),评估ATP生成速率、质子漏(Proton Leak)和线粒体备用呼吸能力(SRC)。
药物处理:AG-879和SU1498分别处理THP-1细胞2小时和18小时,以观察其急性和长期代谢效应。
2. 分子代谢分析: 样本通过Bravo自动化平台进行双相提取,结合极性代谢物的HILIC分离和脂质的反相色谱分离。
使用Agilent Revident系统进行非靶向代谢组学与脂质组学分析,并借助MassHunter软件进行数据解析与注释。
注意:细胞数的归一化至关重要,NovoCyte Quanteon与自动上样器Q的结合,确保了后续细胞与分子代谢分析的多孔板实验的可信度。
关键发现
1. 线粒体功能与代谢适应:
AG-879导致线粒体解偶联(质子漏随时间增加),并完全丧失SRC,表明细胞适应能力受到限制。SU1498短期内显著增加质子漏,但长期则下降,同时降低SRC,表明细胞通过下调TCA循环来应对代谢压力。
共同效应:两种药物均抑制线粒体ATP生成,迫使细胞依赖糖酵解补偿(GlycoATP上升)。
2. 代谢组学与脂质组学结果:
SU1498显著改变代谢物:糖酵解中间体减少(如磷酸戊糖途径代谢物),这与GlycoATP升高相一致。嘌呤代谢物增加(如尿苷、肌苷),提示代谢重编程在支持核酸合成方面的作用。同时,脂质组学结果显示甘油三酯(TG)显著积累(最高可达8倍),可能通过回补反应将乙酰辅酶A转化为脂质储存能量。含多不饱和脂肪酸(PUFA)的磷脂酰肌醇(PI)增加,可能对癌细胞的信号通路产生影响。
AG-879的影响较弱,只有少数代谢物和脂质发生显著变化,这可能与SRC的完全丧失相关。
结论
本研究结合了细胞功能与分子组学数据,揭示出单一技术无法发现的代谢适应机制(如SU1498通过TG积累和PUFA-PI重塑来应对代谢压力)。线粒体解偶联与脂肪代谢重编程可能成为癌细胞耐药的新靶点,为联合疗法的开发提供了新的思路。
此工作流程为药物代谢机制研究提供了标准化方案,适用于利来国际在抗癌药物筛选、毒性评估及个性化医疗中的代谢标志物发现。