脯氨酸作为微环境应激底物的代谢

摘要

介绍

从20世纪50年代中期开始，Elijah Adams和Harold Strecker首次对脯氨酸的代谢途径进行了表征(1–三). 早期，人们认识到脯氨酸是一种不寻常的氨基酸，是唯一的蛋白质生成次级氨基酸(1,三). 脯氨酸的α-氮包含在吡咯烷环内，因此它不是常见氨基酸代谢酶、脱羧酶、氨基转移酶和消旋酶的底物。相反，脯氨酸代谢酶家族随着其自身的组织和亚细胞定位以及调节机制而进化。由于脯氨酸代谢不同于初级氨基酸，它可以发挥调节作用，或者，它的代谢可以用于特殊的生理或病理生理情况(2). 在过去十年中，对这些特殊功能及其机制的理解取得了重大进展。

如所示图1，脯氨酸的氧化同系物，Δ¹-吡咯烷-5-羧酸（P5C）与谷氨酸-γ-半醛处于互变异构平衡，在中间代谢中处于战略地位。P5C位于谷氨酸和鸟氨酸之间，是三羧酸循环和尿素循环这两个主要代谢循环之间的专性碳桥(2). 脯氨酸可以来源于饮食蛋白质和内源性蛋白质的降解，但脯氨酸的最终释放需要一种特殊的二肽酶，即脯氨酸酶，它可以水解限制在吡咯烷环内的肽键。脯氨酸可以由谷氨酸和鸟氨酸生物合成（参见Watford M，谷氨酰胺和脯氨酸的代谢，本补充），使其在营养上不重要，但正如前面所提到的那样(2)生物合成途径的选择性保存可能与终点有关，而不是简单地提供氨基酸作为蛋白质合成的底物(2). 认识到P5C不仅是脯氨酸的前体，也是其直接降解产物，我们认为这种关系可能在代谢上很重要。事实上，我们表明，这些相互转化构成了一个将还原电位转移到线粒体的催化循环，脯氨酸-P5C的循环参与了与磷酸戊糖途径的代谢连锁(2).

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图1

脯氨酸代谢途径。缩写：PRO，脯氨酸；P5C，吡咯烷-5-羧酸盐；X-PRO，以脯氨酸为羧基末端的亚胺基二肽；Y-HyPro，以羟脯氨酸为羧基末端的亚胺基二肽；GLU，谷氨酸；谷氨酸-γ-半醛；ORN，鸟氨酸；ARG，精氨酸。数字表示未标记的酶：1，P5C合成酶；2、P5C脱氢酶；鸟氨酸转氨酶；4、自发反应；5、尿素循环酶。

脯氨酸循环

脯氨酸循环中的中心酶是脯氨酸氧化酶（POX），又称脯氨酸脱氢酶（PRODH）。由于分子发现的历史，命名法出现了混乱。最近，一些实验室达成了共识（2^第2007年9月10日至11日在马里兰州弗雷德里克NCI-Frederick举行的健康与疾病脯氨酸代谢国际研讨会，见氨基酸，2008年8月），脯氨酸降解途径的第一种酶将被指定为脯氨酸氧化酶或脯氨酸脱氢酶（POX/PODH）。然而，该基因被称为PRODH公司羟脯氨酸降解途径的第一种酶由不同染色体上的一个不同基因编码，没有与POX/PRODH进行活性交叉，这是混淆的基础。决定将这种羟脯氨酸代谢酶命名为羟脯氨酸氧化酶（OH-POX）或羟脯氨酸脱氢酶（OH-PRODH），并将其基因命名为项目DH2.

POX/PRODH与线粒体内膜紧密结合(图2). 该基因将在此处指定为PRODH公司根据目前的命名法。催化机制涉及电子从底物脯氨酸转移到黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），细胞色素c随后作为载体进入电子传递链。因此，脯氨酸是生成ATP的直接底物(4,5). 最近，研究表明POX/PRODH可以减少氧气并产生超氧化物(6,7). 虽然电子传输链中未指定位置的电子泄漏可能是线粒体超氧化物的来源，但怀特等人最近的研究表明，POX的FAD可以直接接触溶剂氧，脯氨酸衍生的电子可以直接还原氧，从而自动生成超氧化物(8). 因此，脯氨酸氧化酶这个俗称是提议对于这种酶，至少在单功能催化机制方面。

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图2

脯氨酸循环（氧化还原穿梭）。缩写如所示图1.ROS，活性氧物种；PPP，戊糖磷酸途径。

当脯氨酸循环被认为是一种代谢互锁，以脯氨酸的形式将NADPH还原当量穿梭到线粒体中，从而将戊糖磷酸途径转化为ATP生成代谢途径时(4,9,10)评论家们认为，与TCA循环甚至糖酵解途径相比，生物能量学的贡献在数量上微不足道。癌症代谢的最新研究重点(11–12)强调Otto Warburg的发现，氧化磷酸化和TCA循环在肿瘤中功能失调(13). 因此，脯氨酸作为底物在某些疾病状态下可能有其代谢生态位。

脯氨酸作为饮食中的营养素或用于器官间转移

作为营养素，脯氨酸和羟脯氨酸在人类饮食中并不特别丰富。对于素食者来说，脯氨酸和羟脯氨酸的摄入量甚至更低。饮食中脯氨酸和羟脯氨酸的摄入量与疾病风险之间缺乏令人信服的相关性，但摄入大量红肉的人群除外（推测脯氨酸和羟脯氨酸的摄入较高(14)，但未量化）可能会略微增加患乳腺癌的风险(15). 总的来说，脯氨酸和羟脯氨酸的饮食扰动没有重大影响。然而，饮食中脯氨酸和羟脯氨酸与药物干预的相互作用仍然是一种令人感兴趣的可能性。一个很好的例子是使用基质金属蛋白酶抑制剂（MMPs）作为抗肿瘤剂。基于多种肿瘤对基质金属蛋白酶的激活以及基质金属蛋白酶参与侵袭和转移，设计了抑制这些酶的药物。虽然临床前研究在抑制肿瘤生长和转移方面非常成功(16)，临床试验令人失望(17). 这些研究中动物饮食（即配方饮食）之间的显著差异(16)不含动物产品（因此几乎不含羟脯氨酸），而即兴演奏临床试验期间的饮食可能是一个因素。这一差异将在后续章节中讨论。

脯氨酸/羟脯氨酸不显著参与底物的器官间转移。循环底物的主要范式包括丙氨酸(18)和谷氨酰胺(19). 丙氨酸参与糖异生，谷氨酰胺参与吸收后状态下碳从肌肉向肝脏和肾脏的转移。后者在酸碱平衡的生理调节和向肾脏输送氮以氯化铵的形式排泄中起着重要作用(20).

营养素的“开箱即用”考虑

但随着生理和病理生理状态下新陈代谢概念的更新，营养代谢必须考虑的不仅仅是饮食来源和循环器官间转移。临床治疗方法也很重要。例如，手术后的肠外营养不仅包括能量底物，还包括氨基酸、谷氨酰胺、维生素和脂质的补充(21). 肠外营养可以将营养物质输送到组织部位，而无需胃肠道吸收和门脉输送，这是膳食营养物质的途径。

此外，目前的技术允许通过插管或经皮给药的方式选择性给药(22). 纳米技术的发展领域使得表面受体靶向纳米颗粒中的特定药物可以输送到指定位置(23). 尽管这些方法目前仍处于实验阶段，并且侧重于药物而非营养物质的输送，但此处提及这些方法是因为以前未被认识到的某些营养物质的代谢作用可能会刺激创新，以开发本地营养补充的新方法。

在疾病状态下，微环境受到了相当大的关注(24)这可能是必须考虑营养素的关键领域。当疾病过程包括从血液供应中分离组织时，无论是低氧心肌、炎性结节、出血性脑组织还是恶性肿瘤，微环境中的营养对产生组织损伤、促进愈合或恶性肿瘤至关重要，扩大侵袭和转移(25). 在这种情况下，脯氨酸作为疾病微环境中的底物尚未得到重视，脯氨酸的这种作用是本综述的主题。由于作者自己的研究是在癌症背景下进行的，脯氨酸将主要被视为致癌背景下的底物。然而，脯氨酸作为底物的贡献可以推广到其他疾病领域。

微环境应力基底标准

过去6-7年的进步让我们相信脯氨酸是一种微病毒心理应激底物。虽然脯氨酸产生的生物能量远小于TCA循环或甚至糖酵解产生的能量，但当其他底物（如葡萄糖和谷氨酰胺）不可用时，脯氨酸能量的可用性可能对生存至关重要。在压力巨大的情况下，脯氨酸的生物能量学可以用于程序性细胞死亡。然而，要将脯氨酸代谢系统视为一种特殊的应激反应器，证据必须具有说服力，以满足以下标准：1）底物的代谢系统必须以其上调的特定机制对应激信号作出反应。2） 基质有一个可移动的贮存器。3） 底物的代谢为特殊的细胞功能服务。

脯氨酸代谢系统对应激的反应

Polyak及其同事的意外发现推动了脯氨酸代谢的最新进展PRODH公司，编码POX/PRODH的基因，是p53诱导的基因(26). 在Bert Vogelstein博士的实验室中，他们使用基因表达的系列分析（SAGE）来筛选关键的抑癌基因p53的基因靶点。在监测的7202个基因中，PRODH公司是14个高度诱导（>7倍）的基因之一，被指定为p53诱导基因6（PIG6）。这一发现在我们位于NCI Frederick的实验室和约翰·霍普金斯大学David Valle博士的实验室引起了相当大的兴奋。多年来，我们的实验室一直在合作，胡建安（Chien-An Andy Hu）作为博士后研究员来到霍普金斯大学，激发了我们对脯氨酸的共同兴趣。胡博士曾在俄亥俄州立大学研究植物脯氨酸代谢酶。Vogelstein实验室的Hu博士和Jian Yu博士制作了由tet-off启动子控制的POX/PRODH表达载体，并在DLD-1结直肠癌细胞中获得了稳定的转染体。我实验室的Steve Donald和Xiao-Ya Sun很快发现，POX/PRODH的过度表达产生了脯氨酸依赖性活性氧物种（ROS），脯氨酸依赖的ROS是在p53表达细胞的细胞毒应激下产生的，而不是在p53空区(27). 此外，根据酶活性和酶蛋白的记录，POX/PRODH的p53依赖性上调在许多细胞系中被复制。Andy Hu在2002年的AACR会议上报告了脯氨酸依赖性凋亡(28). 因此，很明显，POX/PRODH的表达受到基因毒性应激的上调。随后将更全面地描述其后果（见下文）。

为了进一步阐明POX/PRODH的调节机制，Jui Pandhare和Sandra Cooper开发了一个PRODH公司启动子荧光素酶报告子构建，并联合转染一些转录因子，包括c-jun、c-fos、NF-kB的p65等PRODH公司启动子，它们的作用是适度的（<2倍）。令人惊讶的是，过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）是一种有效的激活剂。PPARγ瞬时转染加曲格列酮治疗使报告基因表达增加10倍以上(29). 我们之所以对这一发现感兴趣，是因为PPARγ的药物配体噻唑烷二酮（TZDs）已被广泛用作2型糖尿病患者的口服降糖药(30). 此外，TZD可以延缓动脉粥样硬化进程(31). 但最重要的是，它们对多种培养的癌细胞和动物肿瘤模型具有抗增殖和凋亡作用，从而提出TZD可以用于癌症预防和/或治疗(32–34). 因为PPARγ的生理配体被发现是前列腺素J₂（PGJ公司₂) (35)，研究人员提出PPARγ对炎症刺激（PGJ₂)可能是阻止慢性炎症的机制(36). 因此，PPARγ信号和POX/PRODH的反应可能被认为是对炎症应激的反应。TZDs处理多种细胞可显著提高POX/PRODH活性和蛋白质(29)这种作用的机制是转录，如启动子激活和PPARγ与过氧化物酶体增殖物反应元件的结合所示PRODH公司发起人。后者通过电泳迁移率变化分析和染色体免疫沉淀分析显示。这些结果最终证明，POX/PRODH被PPARγ及其配体TZD上调，从而使我们得出结论，POX/PRODH在炎症应激反应中增加。

由于POX/PRODH直接受到基因毒性和炎症应激的上调，我们考虑它是否也会对营养应激产生反应。这种应激模式在癌症中起着重要作用，因为从基底膜分离出来的肿瘤细胞与其血液供应分离(37). 由此产生的低氧应激和营养应激激活了一些重要的生存反应。转录因子HIF-1α刺激的新生血管生成是对缺氧的反应；HIF-1α的氧依赖性脯氨酰羟基化及其VHL导向的蛋白酶体降解已被表征(38). 对于营养应激，已经描述了一系列信号通路和反应，并且这些反应的中心介质已被证明是丝氨酸-三氢嘌呤激酶，哺乳动物雷帕霉素的靶点，mTOR(39).

MTOR整合来自多种来源的代谢信息来调节细胞行为(39)包括生长因子信号传导、氨基酸可用性和充足的生物能量学。一种丝氨酸-苏氨酸激酶，mTOR磷酸化起始因子和核糖体蛋白，分别激活蛋白质翻译和细胞增殖。使用RKO结直肠癌细胞，我们发现随着培养基中葡萄糖浓度的降低，mTOR的磷酸化降低，而mTOR介导的S6K磷酸化成比例地降低(40,41). 另一方面，POX/PRODH活性显著增加。雷帕霉素（mTOR信号的特异性抑制剂）可以证明这种反应是mTOR介导的。在10nM时，mTOR的磷酸化显著降低，S6K的磷酸化基本上被消除。有趣的是，雷帕霉素显著上调POX/PRODH，稳定在比对照组高10倍以上的水平(40). 这些研究的细节正在别处发表。因此，营养胁迫的核心调节途径是POX/PRODH的强大上调因子。

综上所述，脯氨酸降解中的速率限制酶POX/PRODH在3种胁迫条件下均上调，从而满足标准#1。它是由p53诱导的，p53是传递基因毒性应激信号的主要机制；PPARγ及其药物配体，一种对炎症应激反应的信号系统；并通过直接使用雷帕霉素或间接使用细胞生物能量学传感机制AMP-directed protein kinase（AMPK）激活剂AICAR来调节mTOR，mTOR是营养应激的主要信号机制。

可移动脯氨酸贮存器

尽管POX/PRODH是利用脯氨酸的酶机制，在胁迫条件下显著上调，但脯氨酸的来源仍然是一个重要问题（标准#2）。由于膳食中脯氨酸丰富，脯氨酸生物合成普遍存在，这些来源不太可能受到压力的调节。虽然谷氨酰胺是体内最丰富的游离氨基酸，但它的输送需要一个完整的循环系统，并且作为器官间转移的一部分，它不断被生物合成和降解(19,20). 全身甘氨酸（游离的和蛋白质结合的）也很丰富，但它很快被代谢成许多产品，其转化不符合特定的调节(41). 另一方面，脯氨酸的代谢受多种应激反应的调节，富含胶原蛋白。脯氨酸与羟脯氨酸一起构成胶原蛋白氨基酸的25%以上(42). 胶原蛋白是ECM的80%，结缔组织和骨骼有机部分的90-95%(42). 事实上，胶原蛋白占身体总蛋白的25%(43). 根据一名70公斤男子11.0公斤全身蛋白质的粗略计算(44)结果估计体内脯氨酸/羟脯氨酸的干重为0.7公斤。基质金属蛋白酶（MMPs）催化胶原蛋白的降解(45,46)是在与诱导POX的应激条件类似的条件下诱导的金属酶家族，即具有遗传毒性应激(45)、炎症应激(46)和营养压力(47,48) (图3). 观察MMPs在肿瘤侵袭和转移过程中被激活(49)，研究人员提出药物阻断基质金属蛋白酶将是一种有效的癌症化疗方法(17). 临床前研究取得了令人鼓舞的结果(16)，开始了使用MMPs广谱抑制剂的临床试验，但结果普遍令人失望(17). 目前，由于基质金属蛋白酶对细胞外基质的降解可以产生多种生物活性因子，如蛋白水解产物或与细胞外基质结合的生长因子，因此正在重新研究这一领域(50). 这些都是有趣的可能性，值得进一步研究。然而，尚未考虑ECM降解与脯氨酸和羟脯氨酸微环境释放的代谢后果。我们认为脯氨酸/羟脯氨酸代谢的改变是MMP活化的重要终点。通过药物阻断基质金属蛋白酶，脯氨酸/羟脯氨酸代谢作用的降低可能有助于观察到的抗癌作用，但这些作用可能会被临床试验中这些应激底物的来源所抵消，例如即兴演奏饮食。

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图3

细胞外基质作为可移动的脯氨酸库。缩写：ECM，细胞外基质；基质金属蛋白酶；X-PRO，以脯氨酸为羧基末端的亚胺基二肽；Y-HyPRO，以羟脯氨酸为羧基末端的亚胺基二肽。

如果MMPs的应激依赖性激活导致脯氨酸和羟脯氨酸的可用性，应该有明显的胶原降解证据。事实就是这样。Fries等人的研究表明，用三硝基苯磺酸治疗大鼠，通过炎症应激诱导结肠炎，使其尿羟脯氨酸排泄量增加2倍以上，羟脯氨酸排泄量标准化为肌酸酐(51). 在这些条件下，尿羟脯氨酸是胶原蛋白降解的迹象。在类似的研究中，Reddy&Dhar表明，Freund佐剂诱导的大鼠关节炎伴随着胶原蛋白代谢的增加，尿羟脯氨酸增加了两倍(52). Marian和Mazzucco在小鼠皮肤肿瘤发生模型中进行了最相关的研究(53). 在这个模型中，剃光的皮肤首先涂上致癌物，例如苯并（a）芘或二甲基苯并蒽，然后再涂上肿瘤促进剂12-O-十四烷基酚-13-乙酸酯（TPA）。用TPA涂刷5次（2周）后，用羟脯氨酸含量测定的真皮胶原蛋白减少了20%以上。由于胶原蛋白合成的增加是通过独立的方法测量的，因此胶原蛋白净含量的减少必然反映出胶原蛋白降解的显著增加(53). 因此，胶原蛋白降解是皮肤肿瘤发生的显著必然结果。尽管这一现象在致癌过程中没有得到强调，但这些发现表明，各种应激反应都伴随着胶原蛋白降解。

在我们将脯氨酸代谢作为应激底物的公式中，我们已经表明，催化脯氨酸降解的酶受到p53的上调(26,27)，PPARγ(29)和雷帕霉素(40). 此外，文献提供了一些例子，其中一些反应激活了胶原蛋白的降解(54,55)这将增加脯氨酸作为胁迫底物的可用性。

脯氨酸代谢的特殊功能

脯氨酸作为应激底物的最终标准是其代谢是否为细胞提供特殊功能。正如我们之前提到的（见上文），唐纳德等.，表明细胞毒药物仅通过功能性p53增加POX/PRODH表达，POX/PODH过度表达导致脯氨酸依赖性ROS生成(6). Andy Hu及其同事使用DLD-1-et-of-POX细胞研究表明，酶活性POX/PRODH的过度表达可诱导脯氨酸依赖性凋亡，而抗氧化剂可抑制这种凋亡(28). 德克萨斯农工大学的Steve Maxwell及其同事认为，细胞凋亡的机制是由于Δ¹-吡咯烷-5-羧酸（P5C）。然而，将商业来源的未水解P5C-二硝基苯肼直接添加到培养基中作为P5C的来源(56). 在随后的一项研究中，Maxwell及其同事还表明，POX/PRODH表达的影响是由ROS介导的。他们还发现了一个重要的新发现：POX/PRODH的表达诱导了活化T细胞核因子（NFAT）的钙调神经磷酸酶依赖性表达(57)在细胞凋亡中起作用。

Liu等人揭示了脯氨酸依赖性细胞凋亡的机制(7). 使用氢乙硫胺作为超氧化物的特异性荧光指示剂，他们表明过表达POX/PRODH的细胞会产生超氧化物。此外，通过共表达几种抗氧化酶，即SOD1、SOD2和过氧化氢酶，他们表明SOD2（MnSOD）的共表达抑制了细胞凋亡，而SOD1（CuZnSOD或过氧化氢酶则没有抑制细胞凋亡。这并不奇怪，因为MnSOD定位于线粒体，该发现支持POX/PRODH的凋亡作用与线粒体超氧化物的脯氨酸依赖性生成有关的解释。发生以下事件序列。超氧化物改变线粒体膜电位，使细胞色素c释放到胞浆中，随后激活caspase 9和caspase cascasde。下游事件包括细胞周期阻滞、聚ADP核糖聚合酶裂解和DNA片段化。POX/PRODH不仅激活了内源性（线粒体）凋亡途径，也激活了外源性（死亡受体）途径(58). 后一种途径的机制似乎是NFAT的上调(57,58)，是肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）启动子的有效激活剂(58). TRAIL信号导致半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶级联反应中半胱氨酸蛋白酶8肢体的激活。这些效果如图所示图4.

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图4

脯氨酸氧化酶产生超氧物，激活凋亡途径的两端。缩写：TZDs，噻唑烷二酮类；肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体；DR5、死亡受体5、PARP、聚腺苷核糖聚合酶；MEK、MAP激酶；ERK，胞外信号调节MAP激酶。

上述PPARγ及其药物配体TZD对POX/PRODH的诱导特别有趣，因为这些药物是癌细胞生长的有效抑制剂(32–34). 有人提出，这种代谢调节因子可能是治疗癌症的一个有前途的靶点(59). 多种培养的癌细胞经TZD治疗后会发生凋亡。显然，TZD对POX/PRODH的诱导提示可能与POX/PODH有关。事实上，TZD处理的ROS的生成被其siRNA对POX//PRODH的敲除显著抑制(29). 其他人使用非小细胞肺癌细胞进行的研究证实了我们使用结直肠癌细胞的发现(60). 因此，PPARγ和TZD的抗癌作用可能严重依赖于它们对POX/PRODH的诱导。当然，脯氨酸作为应激底物的特殊功能是对超氧物和细胞凋亡的影响以及与PPARγ的联系(图4).

很容易推测POX/PRODH本质上能够执行上述任务。虽然它可以将脯氨酸衍生电子贡献到电子传输链中，用于还原氧形成超氧化物，但与其他底物来源（如琥珀酸或NADH）相比，它没有优势。Tanner实验室的工作揭示了这一过程。使用单功能POX/PRODH嗜热菌，White等人表示，活性部位中包含的黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）暴露于溶剂氧中(8). 重组酶确实能产生超氧物。如果哺乳动物的酶在结构上相似，怀特的发现表明POX/PRODH可能是作为氧化信号的超氧化物的受控代谢源。尽管ROS池可能是由“电子泄漏”产生的，但它会通过清除机制和抗氧化酶的补充迅速解毒(61). 脯氨酸衍生的超氧物可能是凋亡信号的特殊控制机制的一部分。

脯氨酸作为胁迫底物的另一个特殊功能与雷帕霉素诱导POX/PRODH有关。如上所述，雷帕霉素治疗RKO结直肠癌细胞使POX/PRODH活性上调10倍以上(40,41). 雷帕霉素通过抑制mTOR，减少蛋白质合成和细胞增殖，使细胞转变为分解代谢的生存模式。维持细胞生物能量学是生存的关键机制。重要的是，雷帕霉素治疗至少24小时保持了ATP水平(41)使用脱氢脯氨酸（DHP），一种POX/PRODH催化活性的抑制剂，我们发现在添加或不添加中脯氨酸的情况下，ATP水平的维持被显著抑制(62). 因此，雷帕霉素对POX/PRODH的上调以及POX/PRODH对ATP维持的贡献表明，脯氨酸也有助于生存所需的生物能量学。

虽然脯氨酸的代谢顺序产生P5C、谷氨酸和α-酮戊二酸，因此可以在TCA循环中发挥补体作用(1,三)这并不是脯氨酸和POX/PRODH激活的生物能量维持的唯一来源。脯氨酸循环及其与戊糖磷酸途径的代谢连锁提供了另一种机制(三,4,10). 这种连锁的意义是为葡萄糖代谢提供一种替代途径，以生成还原吡啶核苷酸（NADPH），该核苷酸通过脯氨酸循环穿梭到线粒体中(图2). 为了确定这种代谢连锁是否有效，我们测量了1-14C-葡萄糖到14CO2的转换，发现DLD-tet-off POX细胞中POX的表达使戊糖磷酸途径增加了5倍以上(62). 相比之下，糖酵解通过产生^三H（H）₂O来自5-^三H-葡萄糖仅略有增加（25%）。因此，POX的激活不仅通过向TCA循环提供碳，而且通过脯氨酸循环连接的戊糖磷酸途径的补充来补充生物能量学，从而增强生物能量学(图2).

脯氨酸作为应激底物的这两个特殊功能（标准#3），即维持生物能量学以维持生存，而产生超氧化物作为程序性细胞死亡的氧化信号，引入了一个明显的悖论。在这里，结构生物学模型再次提供了一个重要的见解。如前所述，证明了重组纯化蛋白产生超氧物在体外(8). 此外，结晶学研究确定了一个相邻的α螺旋屏蔽了FAD与溶剂氧的接触，因此该酶有一个开关，可以将脯氨酸中的电子引导到产生ATP的电子传输链中，或者允许暴露在溶剂氧中生成超氧化物(8). 这个模型是否也适用于人类酶尚待证明，控制这种转换的机制将非常有趣。

自从7年的焦点^第个氨基酸评估研讨会，这期特刊是关于氨基酸的补充，这里写几个关于脯氨酸补充的词是合适的。我们的重点是从内源性存储（ECM）中动员脯氨酸及其利用。这些过程被压力信号显著上调。没有证据表明，在饮食中补充脯氨酸可以调节这种信号。然而，在应激条件下通过补充剂进行强化的问题尚未在实验中得到直接解决。在正常情况下，脯氨酸降解产物P5C的循环水平受食物摄入的影响，但与特定营养素的关系无法显示(63). 另一方面，当阻断基质金属蛋白酶被视为癌症的治疗方案时，胶原蛋白脯氨酸供应的限制可能是一种作用机制。因此，MMP阻断的潜在抗肿瘤作用可能需要限制脯氨酸/羟脯氨酸的替代来源，即饮食。

总之，我们认为脯氨酸是一种特殊的微环境应激底物，并且我们已经提供了满足这种底物的三个重要标准的证据。1） 利用脯氨酸的酶，即脯氨酸氧化酶/脯氨酸脱氢酶，对遗传毒性应激、炎症应激和营养应激反应。2） 胶原蛋白中有大量脯氨酸储备，在应激信号被激活的条件下，基质金属蛋白酶被激活。此外，来自先前发表的报告的证据表明，胶原蛋白的降解和肽的释放伴随着这些应激条件。3） 最后，脯氨酸的降解具有特殊功能，一方面是程序性细胞死亡，另一方面是增强生物能量学以维持生存。来自结构生物学的证据提供了POX/PRODH固有的潜在“转换”机制，以交替调节这两个过程。

致谢

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脚注

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