葡萄糖是人体最主要的能量来源之一。在肿瘤微环境中，由于肿瘤细胞的快速增殖和高度代谢活性，常常存在葡萄糖饥饿的情况。因此，了解肿瘤细胞在葡萄糖饥饿环境中的代谢调节机制对于开发新型抗癌药物具有重要意义。Sestrins（SESN）是一小型基因家族，与细胞对各种应激条件的响应有关，包括营养和生长因子的耗尽、低氧、氧化应激、内质网应激、辐射和DNA损伤。在脊椎动物中存在三种Sestrins，SESN1、SESN2和SESN3。SESN1的受肿瘤抑制基因p53的调控，被称为p53-activated gene 26 (PA26)。SESN2受缺氧调控，被称为缺氧诱导基因95（Hi95），并独立于p53调控。SESN3，被发现在能量危机条件下由forkhead转录因子（FoxO）激活。总的来说，sestrins在应对应激条件时发挥细胞保护作用，而其功能的改变也与多种病理状况相关，包括代谢综合征等疾病，如胰岛素抵抗和脂质积累，以及衰老和癌症。然而，在这些研究中，sestrins在葡萄糖匮乏应激下调节的角色尚不明确。
研究表明Sestrin2 (SESN2) 通过抑制HK2 mRNA和IGF2BP3之间的液液相分离，降低HK2mRNA 稳定性从而抑制有氧糖酵解以适应葡萄糖饥饿条件下的生存。该成果揭示了一种内在的生存机制，使癌细胞能够克服葡萄糖不足，同时为SESN2 作为RNA结合蛋白在重编程癌细胞代谢中的作用提供了新的机制洞察。
作者发现，在肝细胞癌（HepG2）细胞系中，ATF4和NRF2这两个转录因子在葡萄糖饥饿条件下能够促进SESN2的表达显著增加。作者发现葡萄糖缺乏条件下，SESN2的亚细胞定位发生变化，从细胞核大量转移到细胞质，这进一步暗示其在抑制糖酵解方面可能起作用。由于葡萄糖对代谢稳态至关重要，长时间的葡萄糖缺乏会通过凋亡途径导致细胞死亡。作者随后发现在葡萄糖缺乏条件下，敲低SESN2后细胞凋亡明显加快（图1）。这些结果暗示，葡萄糖饥饿条件下，SESN2通过可能抑制糖酵解，调节细胞增殖和凋亡，从而促使细胞在葡萄糖缺乏条件下生存。
图1 葡萄糖剥夺通过NRF2、ATF4上调SESN2促进细胞存活
（图源: Li, et all. Cell death discovery, 2023）
为了进一步确认SESN2是否抑制糖酵解。作者通过葡萄糖摄取实验，糖酵解压力测试等方法检测到敲低SESN2促进糖酵解，过表达SESN2抑制糖酵解。而SESN2是如何调控糖酵解通量？作者随后检测一系列糖酵解代谢酶，结果发现SESN2抑制HK2的表达（图2）。
图2 SESN2抑制HK2的表达从而抑制糖酵解
（图源: Li, et all. Cell death discovery, 2023）
为了进一步明确SESN2调控HK2的分子机制。作者利用ACTD（真核细胞转录抑制剂）处理细胞后，作者发现过表达SESN2, HK2的mRNA半衰期明显缩短（图3），这说明SESN2能够降低HK2 mRNA稳定性。随后作者通过HK2 mRNA RNA Pulldown-MS鉴定出一系列与HK2 mRNA结合的RNA结合蛋白。通过验证，作者发现IGFBP3可以结合HK2的3’-UTR并稳定HK2 mRNA。作者进一步实验发现SESN2能够显著抑制IGF2BP3与HK2 mRNA的结合，这说明SESN2可以通过与IGF2BP3竞争性结合HK2 mRNA，从而降低HK2 mRNA的稳定性。
图3 SESN2和IGF2BP3竞争性与HK2 mRNA结合
（图源: Li, et all. Cell death discovery, 2023）
研究表明，IGF2BP3参与了在应激条件下（如氧化应激、低氧、营养缺乏等）形成的细胞质蛋白质/核糖核酸（RNA）聚集体，即应激颗粒。这代表了一种保护性的应答机制，其中IGF2BP3介导的mRNA在应激颗粒中储存，从而增强了mRNA的稳定性。例如，已知IGF2BP3的靶标之一，c-Myc mRNA，在热休克条件下，在IGF2BP3过表达的细胞中其稳定性显著增加。作者将纯化的Flag-IGF2BP3-GFP蛋白溶液与不同浓度的体外转录的Alexa Fluor 546标记的HK2 3'UTR mRNA混合后进行成像后发现，加入HK2 3'UTR mRNA后，液滴形成呈剂量依赖性增加。而且，较小液滴随着时间的推移融合并形成较大的液滴，这是相分离的一个重要特点。接着，作者还评估了添加纯化的Flag-SESN2蛋白对反应体系的影响。值得注意的是，Flag-SESN2的存在导致了由Flag-IGF2BP3-GFP和Alexa Fluor 546标记的HK2 mRNA 3'UTR形成的相分离液滴显著减少。荧光光漂白恢复实验显示，Flag-SESN2阻碍了IGF2BP3和HK2 mRNA分子在光漂白区域内的动态恢复（图4）。综合以上数据，这些结果表明葡萄糖剥夺通过LLPS诱导了IGF2BP3介导的应激颗粒形成，以捕获HK2 mRNA，并且SESN2通过与HK2 mRNA竞争结合来平衡这一过程。
图4 SESN2干预IGF2BP3-HK2 mRNA液液相分离形成
（图源: Li, et all. Cell death discovery, 2023）
图5 SESN2干预IGF2BP3-HK2 mRNA液液相分离形成的示意图
（图源: Li, et all. Cell death discovery, 2023）
肿瘤细胞会激发保护性机制，以克服缺氧、酸中毒和营养不足等一系列有害状态。克服后者的策略包括通过降低新陈代谢来节约能量，并通过多样化能量来源来避免可能触发细胞死亡通路的危机状态。在这方面，我们发现SESN2在HCC细胞中充当保护因子，以克服限制性葡萄糖供应的效应（图5）。值得一提的是，SESN2是作为一个致癌基因还是抑癌基因仍存在争议。此外，IGF2BP3在不同类型的癌症中也被证明过表达，并且被证明促进细胞生长和运动性以及调节对抗癌症治疗的反应。可以说，将SESN2或IGF2BP3归类为致癌基因或抑癌基因并不特别有帮助，除非考虑到其潜在的功能。当然，SESN2通过抑制细胞增殖有助于维持癌细胞的活力，但当葡萄糖水平足够支持细胞增殖时，这一机制必须被逆转。当然SESN2进一步的生理功能和意义需要更多的体内实验进行验证，比如利用SESN2敲除小鼠以及临床肝癌病人样本探索SESN2成为临床治疗新靶点的可能性。
