谷氨酰胺代谢在癌症发生发展过程中发挥了重要作用。作为谷氨酰胺代谢的第一个酶,谷氨酰胺酶被认为是一个重要的癌症治疗靶点,对于谷氨酰胺酶表达调控的研究也成为当前研究的热点。然而,目前对于谷氨酰胺酶翻译后修饰的研究相对较少。在本研究中,我们发现磷酸化修饰是调控谷氨酰胺酶功能至关重要的翻译后修饰,并且是癌细胞表现出谷氨酰胺酶高活性的主要原因。通过质谱技术与定点突变技术我们发现并鉴定出第314位丝氨酸的磷酸化是癌细胞中调控谷氨酰胺酶活性的关键磷酸化位点。进一步研究发现,在非小细胞肺癌中NF-κB-PKCε信号轴负责调控谷氨酰胺酶第314位丝氨酸的磷酸化。在非小细胞肺癌细胞中,我们通过CRISPR/Cas9技术将谷氨酰胺酶第314位丝氨酸突变为丙氨酸,然后研究该位点磷酸化对癌细胞功能的影响。突变的癌细胞在增殖能力、克隆集落形成能力及动物体内成瘤能力上都受到了显著的抑制。进一步的机制研究发现,在突变的癌细胞中,谷氨酰胺代谢受到了明显的抑制且基因的表达模式与细胞的代谢模式都发生了重排。此外,我们还发现谷氨酰胺酶第314位丝氨酸磷酸化水平与非小细胞肺癌病人的生存率呈负相关。综上所述,该研究解释了非小细胞肺癌细胞中谷氨酰胺酶呈现高活性的分子机制,为以谷氨酰胺酶为靶点开发新的抗肿瘤药物提供了坚实的理论基础。