2026 年 9 月 16 日晚 19 时，黄波课题组本学期第二次 Journal Club 学术交流活动如期举行。本次活动由课题组博士生许惠婷担任主讲人，深度解读清华大学江鹏副教授、湖北工业大学唐景峰教授、华中科技大学贺晓静教授、中国医科大学附属第一医院王振宁教授团队合作发表于《Nature Metabolism》的研究成果 ——《ASS1-derived argininosuccinate promotes purine nucleoside synthesis in B cell acute lymphoblastic leukaemia》。该研究首次揭示精氨酸琥珀酸合成酶 1（ASS1）衍生的精氨酸琥珀酸（ASA）可作为信号代谢物，通过直接结合并激活核苷酶 NT5C2 促进嘌呤核苷生成，进而为中心碳代谢提供碳源，驱动 B 细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）进展，明确了 ASS1/NT5C2 轴是克服酪氨酸激酶抑制剂耐药的潜在治疗靶点。

分享伊始，许惠婷首先从 B-ALL 的临床治疗困境切入梳理研究背景。B-ALL 是血液系统常见的恶性肿瘤，其中约 25% 的患者携带 BCR-ABL 融合基因。尽管酪氨酸激酶抑制剂（如伊马替尼 STI571）在临床上已取得显著疗效，但耐药问题日益凸显，亟待解析酪氨酸激酶驱动的共性代谢机制，探索替代治疗策略。代谢重编程是肿瘤发生发展的核心特征，但代谢物如何作为信号分子支撑癌细胞快速增殖，诸多机制尚未阐明。尿素循环的经典功能是在肝脏中将含氮化合物转化为尿素，而肝外组织中尿素循环酶的表达与功能存在显著差异；在多种实体瘤中，尿素循环酶与代谢物常发生上下文依赖性失调，为肿瘤细胞赋予代谢优势。但血液肿瘤细胞与实体瘤细胞所处微环境截然不同，其独特的代谢重编程特征此前尚未得到充分表征。

研究团队首先通过代谢谱分析发现，BCR-ABL 阳性 B-ALL 细胞中精氨酸生物合成途径显著失调，ASA 与精氨酸水平显著高于 STI571 处理组。进一步验证发现，STI571 处理并未改变尿素循环相关酶的蛋白水平，但可降低细胞内 ASA 与精氨酸含量，同时升高瓜氨酸与鸟氨酸水平；同位素示踪实验证实，STI571 可抑制瓜氨酸向 ASA 与精氨酸的转化。对酶表达谱的分析显示，B-ALL 细胞中几乎不表达 CPS1 与 OTC，却高表达 ASS1、ASL 与 ARG1，并通过 NOS2 将精氨酸转化为瓜氨酸，形成了一条不完整的瓜氨酸 - 精氨酸循环；敲低 NOS2 可显著降低瓜氨酸水平，回补外源性 NOS2 则可逆转该表型。这些结果共同证实，BCR-ABL 阳性白血病细胞存在独特的尿素循环重编程，ASS1 催化活性增强是驱动该循环的核心。

为探究 B-ALL 细胞中 ASS1 激活的分子机制，研究团队聚焦酪氨酸磷酸化修饰展开验证。由于 BCR-ABL 抑制并未改变 ASS1 的表达水平，研究者推测 BCR-ABL 通过酪氨酸磷酸化调控 ASS1 的酶活性。在 HEK293T 细胞中共转染 Flag-ASS1 与 BCR-ABL，可显著提升 ASS1 的酪氨酸磷酸化水平与酶活性；而在 B-ALL 细胞中用 STI571 处理，则可降低内源性 ASS1 的磷酸化水平与酶活性。使用 ASS1 特异性抑制剂 α- 甲基 -α- 天冬氨酸处理，可在 Sup-B15 细胞中模拟 STI571 对尿素循环代谢的调控效应。结合质谱鉴定与定点突变验证，研究团队最终鉴定出 ASS1 的 Y113、Y282、Y322 三个酪氨酸磷酸化位点，其中 Y282F 突变可完全阻断 BCR-ABL 对 ASS1 的激活效应。分子动力学模拟显示，Y282 磷酸化可引起 ASS1 - 瓜氨酸相互作用的结合能发生最大变化，通过重塑活性位点结构增强瓜氨酸的结合能力；米氏动力学测定也证实，磷酸化 ASS1 的催化活性显著高于 Y282F 突变体。更具普适性的是，研究发现多种血液恶性肿瘤相关的致癌酪氨酸激酶，包括 ABL、ALK、JAK2、FGFR、PDGFR 等，均可在 Y282 位点磷酸化 ASS1 并增强其活性，提示 Y282 磷酸化依赖的 ASS1 激活是酪氨酸激酶驱动白血病的共性机制。

为明确 ASS1 在白血病进展中的功能，研究团队在 BCR-ABL 阳性 BAF3 细胞中构建了稳定的 ASS1 敲低细胞系，验证了其代谢改变后，通过尾静脉注射构建小鼠白血病模型。结果显示，注射 ASS1 敲低细胞的小鼠脾脏体积更小、脾脏中 BCR-ABL 阳性细胞数量更少，淋巴结、脑、脊髓、外周血单个核细胞及肺中的白血病细胞浸润均显著减少，小鼠生存期显著延长；代谢检测也证实，ASS1 敲低组小鼠细胞内 ASA 与精氨酸水平显著降低。为验证 ASS1 的致癌作用是否依赖 Y282 磷酸化，研究者在 ASS1 缺陷的 Nalm21 细胞中分别回补野生型 ASS1 与 ASS1-Y282F 突变体。体外实验显示，Y282F 突变体细胞从瓜氨酸合成 ASA 与精氨酸的代谢通量显著低于野生型；体内实验也证实，野生型 ASS1 可显著提升各组织中 Nalm21 细胞的丰度，而 Y282F 突变体的促肿瘤作用显著减弱，STI571 处理则可消除两组间的 ASA 代谢差异与白血病细胞分布差异。此外，谷氨酰胺剥夺可降低细胞内 ASA 与精氨酸水平、升高瓜氨酸水平，证实三羧酸循环衍生的天冬氨酸是 ASS1 介导的尿素循环的重要底物。上述结果共同证明，ASS1 通过 Y282 位点磷酸化激活，加速白血病的体内进展。

为解析 ASS1 驱动白血病进展的下游代谢机制，研究团队分析了 ASS1 缺失后的代谢组变化，发现嘌呤核苷（肌苷、腺苷、鸟苷）是受影响最显著的代谢物类群。体外与体内实验均证实，ASS1 缺陷可降低细胞内肌苷、腺苷、鸟苷与次黄嘌呤水平，但不影响 AMP、IMP 与 GMP 等核苷酸水平；ASS1-Y282F 突变体也可重现该代谢表型。同位素示踪实验进一步证实，ASS1 耗竭会减少丝氨酸衍生的嘌呤核苷合成。更关键的是，研究团队发现嘌呤核苷可作为中心碳代谢的补充碳源：用 ¹³C 标记的腺苷与肌苷处理细胞，两种嘌呤核苷均可被肿瘤细胞内化代谢；即便在高葡萄糖培养条件下，仍有 10%-20% 的糖酵解与三羧酸循环中间产物、超过 50% 的磷酸戊糖途径中间产物被 ¹³C 标记。葡萄糖饥饿实验显示，低葡萄糖或无葡萄糖培养可显著增强肌苷向糖酵解、三羧酸循环与磷酸戊糖途径的碳通量；敲低 ASS1 可降低糖酵解与三羧酸循环中间产物水平，而补充外源性腺苷或肌苷则几乎可完全恢复这些代谢缺陷，同时完全挽救 ASS1 缺陷白血病细胞的存活受损。体内实验也证实，补充肌苷可回补 ASS1 敲低小鼠中各组织的 BCR-ABL 阳性细胞数量。这些结果共同表明，ASS1 通过维持细胞内嘌呤核苷池，为中心碳代谢提供碳源补给，进而支持白血病细胞的存活与增殖。

为探究 ASA 调控嘌呤核苷生成的直接靶点，研究团队聚焦核苷酶展开筛选，发现 NT5C2 在原代 B-ALL 细胞中表达水平最高。敲低 ASS1 不影响 NT5C2 的蛋白与 mRNA 水平，但可显著降低其内源性酶活性。体外酶活性实验显示，ASA 可剂量依赖性增强纯化 NT5C2 的肌苷生成活性，而精氨酸与瓜氨酸均无此效应。表面等离子体共振测定证实 NT5C2 与 ASA 存在直接结合，ASA 偶联珠 pull-down 实验也显示，该结合可被游离 ASA 完全竞争，而精氨酸无法结合 NT5C2。分子对接模拟显示，ASA 占据 NT5C2 的变构效应物口袋，可与 R144、Q453、Y457 形成氢键，并与 helix A 中的 K359、K362 发生相互作用。后续位点验证实验证实，Q453A/Y457A 双突变可完全破坏 ASA 与 NT5C2 的结合，而 K359A/K362A 突变不影响二者结合；Q453A/Y457A 突变也可完全消除 ASA 介导的 NT5C2 激活，EC₅₀测定证实 ASA 可显著提升野生型 NT5C2 的活性，却无法激活两种突变体。细胞水平实验也显示，ASA 处理可显著提升细胞内肌苷含量，降低细胞对外源性肌苷的依赖。上述结果共同确立，ASA 是 NT5C2 的变构激活剂，通过结合效应物口袋稳定 helix A 结构，进而增强其核苷酸酶活性。

研究团队进一步构建了 NT5C2 稳定敲低的 BCR-ABL BAF3 细胞系，发现细胞内肌苷、鸟苷与腺苷水平显著降低；与 ASS1 耗竭的表型类似，敲低 NT5C2 会损害细胞活力，补充腺苷、鸟苷或肌苷则可完全回补。体内实验显示，携带 NT5C2 敲低细胞的小鼠，外周血、淋巴结、肺、脾脏与脑中的 BCR-ABL 阳性细胞丰度显著降低，次级淋巴器官体积缩小，小鼠生存期显著改善。¹³C 标记的肌苷与腺苷培养实验显示，NT5C2 敲低细胞中，同位素掺入糖酵解、磷酸戊糖途径与三羧酸循环中间产物的水平显著增强。这些结果共同证明，NT5C2 通过催化嘌呤核苷生成，为中心碳代谢提供碳源，促进白血病细胞的恶性增殖。基于上述发现，研究团队提出了完整的调控模型：BCR-ABL 等酪氨酸激酶通过磷酸化 ASS1 的 Y282 位点增强其酶活性，促进 ASA 生成；ASA 作为信号代谢物直接结合并变构激活 NT5C2，促进肌苷、腺苷与鸟苷等嘌呤核苷生成；这些嘌呤核苷可进入糖酵解、三羧酸循环与磷酸戊糖途径，为中心碳代谢提供碳源，支持白血病细胞在不同营养环境下的快速增殖。

许惠婷总结道，这项研究创新性地揭示了 ASS1-ASA-NT5C2 信号轴在酪氨酸激酶驱动 B-ALL 中的核心调控作用，将尿素循环失调与嘌呤代谢重编程紧密串联。研究首次将 ASA 鉴定为具有非代谢依赖信号功能的代谢物，揭示了血液肿瘤细胞利用嘌呤核苷作为补充碳源的独特代谢特征，同时明确了 ASS1 与 NT5C2 作为克服酪氨酸激酶抑制剂耐药的潜在治疗靶点，为开发靶向代谢重编程的肿瘤治疗策略提供了坚实的理论依据。

许惠婷的分享逻辑清晰、层层递进，完整还原了研究从临床问题出发、逐步解析分子机制、最终锚定治疗靶点的完整科研脉络，引发了在场师生的热烈研讨。分享结束后，陈洁副研究员、周力助理研究员及课题组其他成员围绕代谢物的信号调控模式、酪氨酸激酶与代谢酶的交互机制、该通路在实体瘤中的普适性等问题展开了深入交流。

本次 Journal Club 让课题组全体成员收获颇丰。一方面，研究揭示的 “代谢中间产物作为变构激活剂直接调控靶酶活性” 的全新调控模式，打破了对尿素循环代谢物仅承担代谢中转功能的传统认知，拓展了代谢物信号功能的研究视野，也为课题组后续探索肿瘤微环境中代谢物的免疫调控功能提供了全新的切入角度。另一方面，研究从临床耐药问题出发，通过代谢组筛选锚定关键分子、逐层解析翻译后修饰机制与下游代谢通路、最终完成体内功能验证与靶点鉴定的闭环式研究范式，为课题组开展代谢重编程与疾病相关研究提供了清晰的方法学参考。此外，致癌酪氨酸激酶通过磷酸化代谢酶驱动代谢重编程的共性机制，也为理解激酶驱动的肿瘤代谢适应性提供了新的思路，对课题组后续探索激酶信号与代谢调控的交叉研究具有重要的借鉴意义