胶质母细胞瘤（Glioblastoma Multiforme, GBM）是原发性脑肿瘤中最常见且致死率最高的恶性肿瘤。尽管已有手术治疗、放疗、化疗等多种疗法，但肿瘤复发依然不可避免。GBM具有很强的异质性[1]，从代谢的角度来分，GBM的肿瘤细胞可以分为静息细胞和快速分裂的细胞两大类[2,3]。目前，具有干细胞特征的静息GBM细胞被认为是GBM复发和耐药的根源[4]。处于分裂中的肿瘤细胞更倾向于使用糖酵解供能（即沃伯格效应），而分裂缓慢的肿瘤干细胞主要依赖于氧化磷酸化供能[5,6]。近年来对癌症代谢的研究发现许多肿瘤细胞拥有完整甚至更强的线粒体呼吸[7,8]，肿瘤细胞进行有氧糖酵解的目的尚不明确，羧化物是否是动物体内主要的能量来源也一直存在争议[9]。糖酵解和氧化磷酸化的关系一直是肿瘤代谢的主要研究领域之一。对乳酸的研究推动了对这一领域研究的进展。在糖酵解过程中，丙酮酸通过乳酸脱氢酶（LDH）生成乳酸，乳酸是糖酵解的最终产物，可以回收糖酵解过程中还原为NADH的NAD+，维持胞内的pH稳态以及胞外酸化水平[10]。此外，乳酸亦可重新进入线粒体转化为丙酮酸参与三羧酸循环[11]。这些研究结果说明乳酸在依赖糖酵解供能的细胞（快速循环的肿瘤细胞、肿瘤基质和成纤维细胞）和依赖线粒体氧化磷酸化供能的细胞之间穿梭，揭示了两种供能方式之间的合作关系。但是，分裂缓慢的细胞对于乳酸的利用机制还不清楚。
已有研究表明：位于5'端和3'端非翻译区（5'UTR&3'UTR）或非编码RNA上的小开放阅读框（sORFs）可以产生功能型小肽[12]。这些小开放阅读框编码的肽段可以调控翻译[13]，除此之外，他们在长链非编码RNA（lincRNA）以及在细胞呼吸、线粒体代谢、脂肪酸代谢中亦有功能[14,15]。这些sORFs编码的新的代谢调节器的发现，尤其是对乳酸异常消耗的揭示，有望为肿瘤治疗提供新方案。研究人员希望找出这些非典型基因位点编码的小肽的新功能，揭示GBM的新颖代谢调控因子，从而找到GBM诊疗的新方案。
2021年2月，中山大学附属第一医院神经外科的张弩教授团队在《细胞·代谢》杂志上发表论文，该论文揭示了PTEN基因上游开放阅读框（uORFs）编码的新颖小肽MP31在GBM肿瘤发生发展中的作用，为临床上靶向GBM提供了新思路。
通过对10个GBM病人样本以及周围正常脑组织样本的核糖体印记测序发现，86.14%的核糖体保护片段（RPF）来自于已知蛋白的主要开放阅读框（mORF），而其余小部分RPF来自于非编码区，包括已知可编码蛋白基因的5'端和3'端非翻译区和长链非编码RNA。GBM中3'端非翻译区的核糖体保护片段比肿瘤周围正常脑组织中低很多，5'端和lincRNA没有显著变化，由此作者在全基因组水平分析了GBM和周围正常脑组织的在单个ORF上的翻译不同点。
上游开放阅读框产生的小肽可以调控翻译以及下游的主要开放阅读框[16]。作者通过可见的RPF信号对比了2983个uORF-mORF对，发现uORF的表达与mORF正相关。2450个uORFs以及对应的mORFs在GBM肿瘤组织和其他脑内正常组织中没有显著变化，结合在核糖体上的非经典开放阅读框翻译不活跃。通过对比作者找到了194个翻译活跃的uPRFs，其中18个在GBM以及癌旁组织中表达不同，这18个中有6个在GBM中上调。作者发现GBM的关键抑癌基因PTEN有一个uORF，位于5'UTR上。大部分RPF位于PTEN基因的CDS区，PTEN的uORF在GBM中显著下调，PTEN基因的功能可能尚未完全揭示，尤其是非CDS区域的翻译变体。
通过研究发现，PTEN的上游开放阅读框编码一个31个氨基酸的小肽，研究人员称其为MP31。敲除MP31不影响PTEN基因的表达，MP31在GBM中的表达比在肿瘤周围组织中的表达低很多。过表达MP31进行定位实验发现MP31位于线粒体内膜附近或者基质内。在小鼠体内敲除MP31的同源基因MP35，发现葡萄糖消耗增加，ATP产能增加，脂肪/体重比降低。代谢组学分析发现GBM细胞中过表达MP31降低了TCA循环的底物产出，降低了细胞耗氧率和ATP产出，而癌旁组织细胞中敲除MP31则增强了氧化磷酸化通路和ATP产量。说明MP31是一个未被解析的能够控制糖代谢的一个代谢调控因子。主要通过限制氧化磷酸化来调控糖代谢。
通过IP发现MP31和线粒体的乳酸脱氢酶（mLDH）相互作用，线粒体内的LDH在乳酸氧化转变为丙酮酸的过程中起关键作用，特异性敲低乳酸脱氢酶B使mLDH失活，内膜电势差消失。MP31与mLDH竞争结合NAD+从而抑制线粒体中乳酸转化为丙酮酸。通过表面等离子共振分析发现R3、S5，and Y12等MP31上比较保守的氨基酸对MP31的功能至关重要。
病人来源的GBM细胞更依赖于氧化磷酸化供能，对呼吸链抑制更敏感，而体外培养的GBM细胞对葡萄糖饥饿更敏感。MP31缺失的病人GBM细胞更依赖于氧化磷酸化而MP31表达的U251和U118 GBM细胞系则更依赖于糖酵解，这些说明MP31的状态至少可以部分的决定GBM细胞对能量代谢方式的依赖，是依赖于糖酵解还是依赖于氧化磷酸化。进一步研究发现MP31限制胞内的乳酸利用和胞外的乳酸产生。
MP31具有脂溶性，可以穿过血脑屏障，抑制病人来源的GBM细胞生长和肿瘤发生，显著抑制GBM移植瘤生长，延长小鼠生存期并且无明显的神经毒性。
MP31是第一个被鉴定的来自于上游开放阅读框编码的具有独立生物活性的小肽。在乳酸代谢中作为“断路器”而存在。在分裂缓慢的GBM细胞中，重组的MP31通过限制乳酸氧化、降低氧化磷酸化水平达到抗肿瘤的效果。由于其对正常神经细胞无毒性，因而MP31有望成为GBM治疗的新的候选药物。
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