肿瘤细胞在代谢途径中经历复杂的改变，以支持细胞质量积累和有丝分裂。在有氧条件下，几乎所有未转化细胞将葡萄糖代谢为丙酮酸，丙酮酸进一步氧化为CO2在克雷布斯循环中，从而为线粒体ATP生成机制提供电子。相比之下，许多癌细胞依赖糖酵解来产生能量，以及脂质、核苷酸和一些氨基酸的前体，即使在有氧的情况下，糖酵分解的速率也保持在较高水平（Warburg效应）。谷氨酰胺是葡萄糖成瘾的补充，谷氨酰胺的摄取和代谢被强烈增强，以满足ATP需求，为不断用于合成代谢需求的代谢产物的Krebs循环补充能量，并支持谷胱甘肽和NADPH的合成，这两种物质都负责维持细胞内的氧化还原状态。因此，靶向代谢适应已成为一种可行的癌症治疗策略，可以提高不同类别化疗药物的疗效、选择性和特异性。
我们发现，剥夺癌细胞的谷氨酰胺会增强单羧酸药物的细胞毒性。我们的研究从以下观察开始：谷氨酰胺缺乏或药物抑制其摄取，会使癌细胞（而不是其未转化的对应物）对3-溴丙酮酸（3-BrPA）的抗肿瘤作用敏感，3-溴丙酸是丙酮酸的卤化和烷基化类似物，能够通过抑制糖酵解途径和线粒体复合物II（mCII）活性而影响ATP合成(). 我们指出，谷氨酰胺停药后，癌细胞死亡不是通过凋亡来实现的，而是具有自噬的特征，自噬流量增加以及通过药物（3-甲基腺嘌呤）或基因（siRNA-介导的自动液位计5击倒）抑制自噬机制。我们观察到，3-BrPA的化学增强作用取决于代谢氧化应激的开始，主要由3-BrPA介导的mCII抑制引起。事实上，抗氧化处理以及琥珀酸脱氢酶复合物、亚单位A、黄素蛋白（SDHA）（负责琥珀酸氧化和电子进入mCII氧化还原核心的亚单位）的稳定沉默，可以减少氧化损伤，恢复ATP水平，使癌细胞对3-BrPA诱导的自噬细胞死亡几乎不敏感。我们的研究结果增强了许多抗癌药物在体内诱导自噬细胞死亡的公认能力，支持了利用自噬作为有效的癌细胞杀伤策略的治疗方案的可行应用，尤其是针对具有凋亡缺陷背景的靶细胞。虽然我们没有研究导致自噬的分子途径，但可以假设一些氧化还原敏感的自噬前蛋白的参与。丝裂原活化蛋白激酶8（MAPK8/JNK）、AMP依赖蛋白激酶（AMPK）和死亡相关蛋白激酶（DAPK1/DAPK().
图1。谷氨酰胺剥夺诱导的3-BrPA化学增强方案。当谷氨酰胺缺乏或L-γ-谷氨酰对硝基苯胺（GPNA）诱导抑制SLC1A5介导的谷氨酰胺摄取时，SLC16A1的稳定性增加。该事件诱导3-BrPA摄取增强，增加线粒体复合物II（mCII）的抑制，并导致代谢氧化应激的产生，最终导致细胞死亡，主要通过自噬执行。谷氨酰胺合成酶（GLUL/GS）基础水平较高的癌细胞能够在谷氨酰胺退出时补充细胞内谷氨酰胺池，从而绕过3-BrPA化学增强作用。通过蛋氨酸磺胺（MSO）治疗或通过过度表达GLUL显性阴性形式（DN-GLUL）从药理学上实现GLUL抑制，增加SLC16A1稳定性，从而使细胞对3-BrPA化学增强敏感。假设路径由虚线和方框表示。
在随后的研究中，我们合理化了3-BrPA的化学增强作用，并假设其可能是由于细胞摄取增加所致。事实上，核磁共振波谱分析表明，细胞培养基中谷氨酰胺的存在强烈影响药物内化的速度。3-BrPA属于一羧酸类药物，其摄取由H介导+-连接（MCTs）和Na+-耦合（SMCTs）单羧酸转运体。我们的研究支持SLC16A1/MCT-1作为3-BrPA摄取和细胞毒性的分子决定因素的作用。事实上，我们提供的证据表明：（1）SLC16A1在谷氨酰胺缺乏时上调，（2）3-BrPA摄取是由SLC16A1-过表达刺激的，（3）SLC116A1的药理抑制，或其siRNA-介导的敲除，可以防止3-BrPA诱导的生物能量危机、氧化应激、自噬诱导和细胞死亡。谷氨酰胺可用性、SLC16A1水平和3-BrPA细胞毒性之间的紧密联系进一步加强，因为观察到表达高水平谷氨酰胺合成酶并能够在缺乏外源性补充的情况下维持高细胞内谷氨酰胺负荷的细胞不会上调SLC16A1，从而绕过3-BrPA化学增强。
这些发现提出了几个需要进一步调查的重要问题。谷氨酰胺缺乏导致SLC16A1上调的机制尚不清楚。我们的研究结果表明，谷氨酰胺刺激SLC16A1降解。这一结果为证明这种氨基酸通过刺激蛋白质泛素化调节蛋白质周转的能力的研究提供了支持。因此，根据这一知识，至少可以设想两种可能的假设：我)谷氨酰胺缺乏可直接抑制泛素-蛋白酶体系统的活性，进而导致SLC16A1泛素化减少和/或蛋白酶体介导的SLC16A1-降解；ii（ii）)膜蛋白的稳定性通常取决于它们从质膜到内胚体/溶酶体室的移位。由于泛素化促进了此类蛋白质的内吞，因此也有理由假设谷氨酰胺可能通过触发其以泛素依赖的方式传递到内胚体/溶酶体降解途径来调节SLC16A1的转换().
图2。SLC16A1稳定性的谷氨酰胺依赖性调节。显示了根据谷氨酰胺可用性调节SLC16A1降解的假设途径。谷氨酰胺可刺激：（1）蛋白酶体活性和/或（2）SLC16A1泛素化。根据后一种假设，泛素化的SLC16A1可以：（1）被蛋白酶体降解，或（2）从质膜回收并在内胚体/溶酶体室中降解。
尽管本报告是第一份记录SLC16A1调节营养物质供应的报告，但在这一阶段，SLC16A1-上调在谷氨酰胺生成细胞中的作用只能被假设。谷氨酰胺依赖细胞中谷氨酰胺可用性的降低会诱导丙酮酸羧化酶催化的代偿机制，使细胞在克雷布斯循环回补中使用葡萄糖衍生的丙酮酸，而不是谷氨酰胺。根据肿瘤中的“基质-上皮”乳酸穿梭，SLC16A1可吸收细胞外环境中基质成纤维细胞释放的乳酸、酮和其他代谢物，为同一肿瘤中的上皮癌细胞补充能量。因此，可以推测，SLC16A1上调可能是适应性重编程的一部分，通过支持丙酮酸羧化酶活性，使谷氨酰胺缺乏的癌细胞吸收细胞外单羧酸化合物（即丙酮酸和乳酸）以满足补体需求。
因此，基于其在肿瘤中的高表达和对谷氨酰胺可用性的调节，SLC16A1可以被设想为“特洛伊木马”，允许与单羧酸盐结构相关的化疗药物进入恶性细胞并选择性杀死它们。事实上，我们的研究确定丙酮酸脱氢酶抑制剂二氯乙酸是另一种在谷氨酰胺缺乏时化学增强的抗癌药物，能够利用SLC16A1的稳定性。总的来说，这些结果证明了抗癌作用可以通过将单羧酸药物与剥夺肿瘤谷氨酰胺的策略相结合来增强。
