USP5介导的CD73去泛素化通过PI3K/AKT和糖酵解激活驱动肺腺癌中奥希替尼耐药

USP5-mediated CD73 deubiquitination drives osimertinib resistance via PI3K/AKT and glycolysis activation in LUAD.

作者信息Rui Chen, Xin-Hao Han, Zhen Zhang, Xiao-Jian Han, Junping Xie
PMID41767275
期刊iScience
发布时间2026-02-05
DOI10.1016/j.isci.2026.114916

实验完整度

包含体外细胞功能实验、体内异种移植模型、临床样本分析及代谢组学和Seahorse分析等多层级验证,并明确机制验证。

主要模型

LUAD细胞系(H1299、PC9、H1650、HCC827等) BALB/c裸鼠异种移植模型 奥希替尼耐药HCC827(HCC827-RO)细胞 58例LUAD患者组织样本

重点核对

USP5是否通过去泛素化稳定CD73 USP5-CD73轴是否激活PI3K/AKT/mTOR通路 USP5-CD73轴是否促进糖酵解重编程 USP5-CD73轴是否介导奥希替尼耐药

摘要

Ubiquitin-specific protease 5 (USP5) is frequently overexpressed in lung adenocarcinoma (LUAD) and correlates with advanced stage and poor prognosis. This study demonstrates that USP5 binds directly to CD73 and removes K48-linked polyubiquitin chains, thereby blocking its proteasomal degradation and increasing CD73 protein stability. In contrast, the E3 ligase tripartite motif-containing protein 28 (TRIM28) promotes CD73 ubiquitination and turnover. Functionally, USP5 enhances LUAD cell proliferation, migration, invasion, and tumor growth in vivo in a CD73-dependent manner. Metabolomic profiling and Seahorse assays reveal that the USP5/CD73 axis activates PI3K/AKT/mTOR signaling and drives glycolytic reprogramming, augmenting lactate production. Moreover, this axis contributes to acquired resistance to osimertinib, an epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase inhibitor (EGFR-TKI); combined inhibition of USP5 and osimertinib synergistically induces apoptosis and suppresses tumor growth in vitro and in vivo. These findings establish USP5-mediated stabilization of CD73 as a central mechanism underlying glycolytic metabolism and osimertinib resistance in LUAD, highlighting the USP5/CD73 pathway as a promising prognostic indicator and therapeutic target for LUAD treatment.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
USP5是否通过去泛素化稳定CD73,并通过激活PI3K/AKT和糖酵解促进LUAD进展和奥希替尼耐药?
核心机制
USP5直接结合CD73并去除K48连接的多聚泛素链,阻止其蛋白酶体降解,从而稳定CD73;CD73激活PI3K/AKT/mTOR信号通路,并通过上调HIF-1α和c-Myc促进GLUT1和LDHA表达,增强有氧糖酵解。
主要证据
通过免疫沉淀-质谱鉴定USP5-CD73相互作用,体外去泛素化实验证明USP5去除K48泛素链,Seahorse实验和代谢组学显示糖酵解增强,Western blot证实PI3K/AKT/mTOR通路激活;体内异种移植模型和细胞实验显示USP5促进增殖、迁移、侵袭和奥希替尼耐药。
研究意义
该研究首次揭示USP5作为CD73上游去泛素化酶,通过双重机制(激活PI3K/AKT/mTOR和糖酵解)促进奥希替尼耐药,为克服EGFR-TKI耐药提供了联合靶向USP5-CD73轴的潜在治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

USP5表达与临床预后相关性分析

评估USP5在LUAD中的表达水平及其与预后的关系

利用TCGA-LUAD、GSE31547等转录组数据及临床样本IHC和Western blot分析USP5表达,并做生存分析。

2

体外细胞功能实验验证USP5对LUAD细胞行为的影响

验证USP5是否促进LUAD细胞增殖、迁移和侵袭

通过慢病毒介导的USP5敲低和过表达,进行EdU、CCK-8、克隆形成、划痕和Transwell实验。

3

体内异种移植实验验证USP5对肿瘤生长的影响

验证USP5是否在体内促进肿瘤生长

将稳定转染的LUAD细胞皮下注射裸鼠,监测肿瘤体积和重量。

4

鉴定USP5相互作用蛋白和底物

寻找并验证USP5的直接相互作用蛋白

通过免疫沉淀-质谱鉴定H1299细胞中USP5相互作用蛋白,并用coIP验证USP5-CD73相互作用。

5

验证USP5对CD73稳定性和泛素化的影响

验证USP5是否通过去泛素化稳定CD73蛋白

利用CHX追踪实验和泛素化实验检测CD73蛋白半衰期和泛素化水平。

6

研究USP5-CD73轴对糖酵解的影响

验证USP5-CD73轴是否促进LUAD细胞的糖酵解重编程

使用SeaHorse XF分析仪检测细胞外酸化率,并测定乳酸生成,同时进行代谢组学分析。

7

验证USP5-CD73轴对奥希替尼敏感性的影响

验证USP5-CD73轴是否介导奥希替尼耐药

通过CCK-8法检测不同细胞系的IC50,并评估凋亡和体内联合治疗的效果。

8

鉴定TRIM28作为CD73的E3泛素连接酶

验证TRIM28是否通过泛素化促进CD73降解

通过敲低和过表达TRIM28,检测CD73蛋白水平和泛素化水平,以及CHX追踪实验。

9

验证PI3K/AKT/mTOR通路参与USP5-CD73轴的功能

验证USP5-CD73轴是否通过激活PI3K/AKT/mTOR通路发挥作用

通过Western blot检测PI3K/AKT/mTOR磷酸化水平的变化。

10

临床样本分析USP5和CD73表达及相关性

验证USP5和CD73在临床样本中的表达相关性及其与预后的关系

通过IHC和Western blot分析58例LUAD肿瘤及配对正常组织中USP5和CD73表达,并进行统计学分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基Solarbio--
DMEM培养基Solarbio--
胎牛血清ExCell Bio--
青霉素/链霉素----
角质形成细胞无血清培养基Zhong Qiao Xin Zhou Biotechnology--
胰岛素----
氢化可的松----
奥希替尼MedChemExpressHY-15772
USP5-IN-1TargetmolT60130
MG132MedChemExpressHY-13259
Protein A/G磁珠MedChemExpressHY-K0202
抗Flag磁珠MedChemExpressHY-K0207
抗His磁珠MedChemExpressHY-K0209
Lipofectamine 3000转染试剂盒InvitrogenL3000-015
L-乳酸比色法检测试剂盒ElabscienceE-BC-K044-M
Seahorse XF糖酵解速率检测试剂盒Agilent Technologies103344-100
RNA快速纯化试剂盒Esun BioRN001-50
YF® 594 Click-iT™ EdU试剂盒UElandyC6045L
FITC-Annexin V/碘化丙啶试剂盒UElandyF6012L
JC-1荧光探针Beyotime--
PVDF膜Millipore--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
超敏化学发光底物UElandy--
CCK-8溶液GLPBIO--
结晶紫Solarbio--
基质胶BD Biosciences--
DAB显色液----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
细胞系来源、培养基、血清浓度、抗生素添加等
阅读提示:STAR Methods - Cell line and culture
USP5敲低/过表达
shRNA序列、慢病毒构建、转导条件
阅读提示:STAR Methods - Lentiviral, small interfering RNA, and plasmid transfection
体外增殖实验
细胞种板密度、培养时间、检测时间点
阅读提示:STAR Methods - Colony formation assay, cell counting kit-8 (CCK-8) assay, and EdU incorporation assay
迁移和侵袭实验
划痕宽度、Transwell孔径、基质胶浓度、培养时间
阅读提示:STAR Methods - Wound healing assay and transwell assay
体内异种移植
小鼠品系、年龄、数量、细胞注射数量、给药剂量和频率
阅读提示:STAR Methods - In vivo tumor growth and metastasis assays
蛋白稳定性实验
CHX浓度、处理时间点
阅读提示:STAR Methods - Protein half-life assays
泛素化实验
MG132浓度、处理时间、抗体特异性
阅读提示:STAR Methods - Ubiquitylation assay and Co-immunoprecipitation (CoIP)
代谢分析
细胞种板密度、检测试剂盒、仪器型号
阅读提示:STAR Methods - Untargeted metabolomics,L-Lactic acid colorimetric assay and seahorse XF metabolic flux analysis
奥希替尼敏感性实验
药物浓度范围、处理时间、IC50计算方法
阅读提示:STAR Methods - In vivo tumor growth and metastasis assays