烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dinucleotide, NAD+）是细胞内重要的活性分子，它不仅是糖酵解、糖异生和三羧酸循环中多种代谢酶的辅因子，还直接作为底物参与多种蛋白质翻译后修饰过程，比如蛋白质去乙酰化。然而，由于NAD+的极性原因，其在细胞内各个区域之间不能自由穿梭，其中又以线粒体的NAD+含量最高，并且对线粒体的正常功能发挥着至关重要的作用。SLC25A51是最近被鉴定的线粒体NAD+转运蛋白，能够将胞浆中的NAD+输入到线粒体中，从而维持线粒体中NAD+水平的稳定，促进各项代谢活动的正常进行。然而，SLC25A51在各种疾病的发生发展，尤其是对NAD+强烈依赖的肿瘤中起到的作用还没有详细的研究。

2023年7月7日，北京大学JDB电子官方网站罗建沅团队在Cell Death & Differentiation杂志上在线发表了题为SLC25A51 promotes tumor growth through sustaining mitochondria acetylation homeostasis and proline biogenesis的研究论文，报道了SLC25A51蛋白具有促进肿瘤生长的作用，并且鉴定出磷酸氟达拉滨，一种治疗慢性淋巴细胞白血病的化疗药物，是潜在的SLC25A51靶向抑制剂。

作者首先发现，SLC25A51在大多数肿瘤，尤其是结直肠癌中存在表达量上调，并且SLC25A51的高表达与患者的不良预后存在相关性。随后，作者发现，SLC25A51的敲低会显著抑制细胞在体内外的生长速度和增殖能力。由于线粒体定位的Sirtuin成员，尤其是SIRT3，是线粒体中NAD+的主要消耗者，于是作者首先检测了由SIRT3控制的线粒体蛋白的乙酰化水平。结果显示，在SLC25A51敲低的细胞中，线粒体蛋白乙酰化水平出现了明显的上升。而通过富集乙酰化蛋白，并结合质谱技术，作者鉴定出了乙酰化水平上升最明显的线粒体蛋白。其中，参与脯氨酸生物合成的代谢酶（P5CS和PYCR1）变化明显。

由于P5CS的乙酰化修饰还没见报道，作者首先鉴定出P5CS的乙酰转移酶和去乙酰化酶，即CBP和SIRT3。并且，SLC25A51敲低导致的P5CS高乙酰化修饰，会抑制其形成四聚体合酶的能力，造成其酶活性的显著下调。更重要的是，通过氨基酸含量分析，作者发现，在SLC25A51敲低的细胞中，脯氨酸的浓度出现了明显的下降，并造成AKT/mTOR通路失活。而当额外向细胞中补充脯氨酸后，就能够部分解除由于SLC25A51敲低造成的细胞生长能力的缺失。

最后，作者基于SLC25A51的预测蛋白质结构，对FDA批准的药物库进行了分子对接，发现磷酸氟达拉滨能够结合于SLC25A51的活性位点，造成线粒体内NAD+水平下降，蛋白质乙酰化水平上升以及脯氨酸合成受限。为了进一步放大磷酸氟达拉滨的这一效果，作者利用了阿司匹林能够提供活性乙酰基，促进蛋白质乙酰化的能力，首次将磷酸氟达拉滨与阿司匹林进行联合使用。结果显示，该药物组合能够最大程度地破坏线粒体蛋白的乙酰化稳态，显著抑制肿瘤细胞在体内外的生长，并且对小鼠并不会造成额外的毒性。

综上所述，该研究揭示了线粒体NAD+转运蛋白SLC25A51能够通过促进SIRT3去乙酰化功能，稳定线粒体蛋白的乙酰化水平和脯氨酸的生物合成，提高肿瘤细胞的增殖能力。经典化疗药物磷酸氟达拉滨可以结合并抑制SLC25A51的活性，并且和阿司匹林联用时展现出了显著的抗癌能力。

北京大学医学部2018级博士研究生李雨桐和别俊涛为该文章的共同第一作者，北京大学JDB电子官方网站罗建沅教授为本文的通讯作者。该工作得到了北京大学人民医院申占龙教授、北京大学JDB电子官方网站邱晓彦教授、王嘉东研究员的大力帮助，以及国家自然科学基金项目的支持。

      原文链接：https://www.nature.com/articles/s41418-023-01185-2