经验分享：翻译后修饰与肿瘤代谢重编程( 三 ) _健康小知识

1.1.3磷酸果糖激酶
磷酸果糖激酶1（phosphofructokinase-1 ， PFK1）是糖酵解过程的主要限速酶，在ATP与Mg2+参与下，作用于6-磷酸果糖并生成1 ， 6-二磷酸果糖，这是糖酵解途径的第二次磷酸化反应。在低氧环境下，肿瘤细胞PFK1在Ser529位点发生糖基化，抑制PFK1活性，降低了糖酵解的速率和乳酸的生成，将糖代谢转向磷酸戊糖途径，产生更多的还原物质NADPH 。看似与肿瘤细胞糖酵解普遍增强观念相矛盾的结果，提示肿瘤细胞不仅利用糖酵解来生成大量的ATP为其快速增殖提供能量，也提供大量的代谢中间产物为生物合成途径如磷酸戊糖途径提供原材料，来满足肿瘤细胞快速增殖的需要［8］。此外，肿瘤细胞还利用磷酸戊糖途径所产生的还原物质NADPH以中和快速增殖过程中所产生氧自由基来抵抗自由基所引发的肿瘤细胞损伤和凋亡［8］。 PFK1的同源异构体PFKP可以被AKT在S386上磷酸化，该磷酸化修饰抑制了PFKL的降解，从而导致了PFKL蛋白水平的积聚，促进了胶质瘤细胞有氧糖酵解和肿瘤的生长［9］。磷酸果糖激酶2是一个有趣的双功能蛋白，在非磷酸化状态下具有激酶的功能，磷酸化6-磷酸果糖，生成2-6双磷酸果糖。而在磷酸化的状态下，其转变为磷酸酶，催化2-6双磷酸果糖转化为6-磷酸果糖。 2-6双磷酸果糖是磷酸果糖激酶1的强力激动剂。因此，磷酸果糖激酶-2/2-6二磷酸果糖磷酸酶-2 ，（PFK-2/FBPase-2）是其更为完整准确的名称［10］。 PFK-2/FBPase-2有4种同工酶， PFKFB1-4 ，在不同肿瘤的不同阶段发挥着不同的作用。在BRAF突变的黑色素瘤中， RSK直接磷酸化PFKFB2 ，促进PFKFB2的活性，提高糖酵解通路水平，加速了BRAF突变的黑色素瘤的生长［11］。 PFKFB3在K472位点能够被乙酰化，该修饰削弱了PFKFB3的核定位信号，并使其滞留在细胞质当中。而细胞质中的PFKFB3能够被AMPK进一步磷酸化，从而导致PFKFB3的激活，并进一步激活糖酵解通路，揭示了代谢酶PFKFB3的乙酰化修饰对糖酵解和肿瘤化疗敏感性的重要调控作用，提示通过靶向抑制PFKFB3而提高顺铂等化疗药物的敏感性有可能成为临床上一个新的治疗策略［12］。
1.1.4磷酸甘油酸变位酶
磷酸甘油酸变位酶（phosphoglyceratemutase ， PGAM）在糖酵解通路中负责将3-磷酸甘油（3-PG）转化为2-磷酸甘油（2-PG），是协调糖酵解，磷酸戊糖途径和色氨酸合成途径的关键酶，在肿瘤细胞的代谢重编程中也扮演着重要的角色。有研究发现在肿瘤细胞中PGAM1的Y26位点普遍被多种酪氨酸激酶磷酸化，该位点的磷酸化通过增强活性形式的PGAM1的稳定性提高其活性，调节其底物3-PG和产物2-PG的比例，协调糖酵解通路与合成代谢通路，为肿瘤快速增长提供优势。 PGAM1的K251/253/254位点的乙酰化能够增强乳酸生成， SIRT1是以上位点的去乙酰化酶，从而调控有氧糖酵解速率。但是乙酰化PGAM1是否推动肿瘤代谢模式的转变重要因素，以及乙酰化PGAM1在肿瘤发生发展过程中的作用目前尚不完全清楚。
1.1.5丙酮酸激酶M2型
丙酮酸激酶M2（pyruvatekinaseM2 ， PKM2）型是广受关注的代谢酶之一，它是糖酵解通路中最后一个限速酶，负责将磷酸烯醇丙酮酸转化为丙酮酸。根据丙酮酸激酶在不同组织中的分布，丙酮酸在哺乳细胞内有4种类型，分别是PKL、PKR、PKM1和PKM2 。 PKL主要分布在肝脏、肠、胰腺以及肾脏， PKR主要分布在红细胞中。 PKM1和PKM2是同一基因不同的剪切体， PKM1在需要大量能源供应的组织和器官中表达普遍上调，如心脏、脑组织、肌肉，而PKM2则在所有增殖细胞中特别是在肿瘤和胚胎组织中表达。 PKM1与PKM2的酶活性质和调节方式不同。 PKM1是持续激活形式，与底物磷酸烯醇丙酮酸有着很强的结合力；而PKM2则受到复杂的别构调控，对肿瘤的生长和进展发挥着至关重要的作用。在正常组织中， PKM2蛋白在高活性的四聚体形式和低活性的二聚体形式转换。在肿瘤组织中， PKM2蛋白倾向于以低活性的二聚体形式，从而积聚PKM2上游的代谢中间产物作为前体物质通过磷酸戊糖途径为合成肿瘤快速生长和增殖所必需的生物大分子提供原材料。众多形式的翻译后修饰包括磷酸化、乙酰化、琥珀酰化等参与调节PKM2活性和功能，通过促进细胞代谢重编程、血管生成、肿瘤转移和基因组不稳定性推动肿瘤的发生和进展。首先，多种酪氨酸激酶包括成纤维细胞生长因子（FGFR1）在Y105位点直接磷酸化PKM2 ，阻碍辅助因子1 ， 6-二磷酸果糖与PKM2的结合，并抑制高酶活性的四聚体形成。 PKM2Y105位点磷酸化在一系列肿瘤细胞中显著升高，对肿瘤细胞代谢模式向有氧糖酵解转变和快速增殖发挥着重要作用。在高糖环境下， p300/CBP相关因子（PCAF）在K305位点乙酰化PKM2 ，降低其与底物PEP的结合，抑制其酶活性并促进其通过分子伴侣介导的自噬和溶酶体依赖的降解。外源性表达模拟乙酰化的PKM2K305Q可以导致糖酵解中间产物的聚集，促进肿瘤的增殖和生长。在低氧或氧自由基存在的环境下， PKM2C358位点发生氧化并导致酶活性降低，将代谢产物G-6-P转向磷酸戊糖通路，提高重要还原物质NADPH的合成，使肿瘤细胞避免氧化应激带来的损伤。