经验分享：翻译后修饰与肿瘤代谢重编程( 四 ) _健康小知识

以上研究显示PKM2被修饰后导致酶活性降低，聚集代谢中间产物以满足肿瘤细胞对生物合成原料和抵抗氧化应激损伤的需求。另有研究表明JNK-1磷酸化PKM2Thr365位点，提高PKM2酶活性，减少还原当量GSH水平，促进肝癌细胞系凋亡，但其中的具体分子机制和临床意义，仍需进一步研究。肝癌细胞系中存在大量PARP14 ，抑制JNK-1对PKM2Thr365的磷酸化和激活，促进肝癌细胞瓦博格效应的产生［18］。 PKM2的翻译后修饰不仅可以调节其酶的活性，也可以调节其在细胞内的定位。 PKM2在S37的位点上被ERK2磷酸化，该修饰促进PKM2转入进细胞核，行使非代谢酶功能，作为蛋白激酶在T11位点磷酸化组蛋白H3 ，上调细胞周期蛋白和原癌基因的表达，从表观调控水平上促进肿瘤细胞的增殖［19-20］。 PKM2S37磷酸化水平还受磷酸酶cdc25A去磷酸化调节参与调控PKM2蛋白激酶功能和肿瘤细胞瓦博格效应的形成［21］。在营养压力如低糖状态下， PKM2K433位点的琥珀酰化介导PKM2进入线粒体，抑制线粒体VDAC3的降解，提高线粒体膜的通透性，产生更多的ATP ，协助细胞在营养缺失下生存［22］。 PKM2在Arg445/447/455位点上被CARM1（PRMT4）甲基化修饰，定位于线粒体相关ER膜上，控制钙离子的转运和氧化磷酸化水平，促使肿瘤细胞更加依赖于有氧糖酵解通路，导致瓦博格效应的产生［23］。 HAUSP（herpesvirus-associatedubiquitin-specificprotease）可以与PKM2结合，并可能是其潜在的去泛素化酶，但HAUSP对PKM2的去泛素化作用在肿瘤发生发展和在肿瘤代谢重编程中的意义有待于进一步探索。
1.1.6乳酸脱氢酶
乳酸脱氢酶（lactatedehydrogenase ， LDH）大多数是由LDHA ， LDHB这两种亚基通过不同组合方式组成的5种同/异四聚体（A4、A3B1、A2B2、A1B3、B4）分别称之为LDH1～5 。乳酸脱氢酶在糖酵解通路的终端，以NADH为辅助因子，负责催化丙酮酸还原生成乳酸，并且氧化NADH为NAD+ 。在正常增殖细胞中，绝大部分丙酮酸会进入线粒体，通过丙酮酸复合体转化为乙酰辅酶A ，参与三羧酸循环和氧化磷酸化。而在肿瘤细胞和快速增殖的细胞中，葡萄糖摄取以及相对应的丙酮酸水平增加，进入线粒体的丙酮酸并没有相应增多，乳酸脱氢酶在转录因子HIF和Myc调控下表达增加，加速了丙酮酸向乳酸的转化。肿瘤细胞中不同类型的翻译后修饰也参与调控LDHA的蛋白水平和活性，促进乳酸的产生。有研究显示在肿瘤细胞中普遍高表达的酪氨酸激酶受体包括FGFR1、FLT3-ITD、BCR-ABL、JAK2能够在Y10位点直接磷酸化LDHA ，协助形成具有高活性四聚体、激发酶的活性、促进丙酮酸向乳酸的转化、并调节NADH/NAD+的平衡，促进肿瘤细胞的增殖和生长。乳酸脱氢酶Y10磷酸化水平在多种肿瘤细胞系，包括肺癌、白血病、头颈部肿瘤、乳腺癌和前列腺癌等癌细胞均明显升高，也与促进乳腺癌侵袭与转移密切相关，提示其可能成为肿瘤发生发展以及转移的生物标志物［24-25］。在胰腺癌中， LDHA在K5位点发生乙酰化，抑制其酶的活性，同时也被热休克蛋白HSC70所识别和介导降解，下调LDHA蛋白水平。早期胰腺癌组织LDHAK5乙酰化水平与癌旁组织相比明显降低，提示LDHAK5乙酰化可能与胰腺癌的发生有关［26］。另外， LDHAK222位点的棕榈酰化提示胃癌预后不良，可能是由于棕榈酰化的LDHA溶酶体降解通路被削弱，从而导致LDHA蛋白水平升高，并与胃癌的侵袭和转移也密切相关［27］。
1.2翻译后修饰与肿瘤细胞三羧酸循环
1.2.1丙酮酸脱氢酶复合体
肿瘤细胞以及快速增殖的细胞中，葡萄糖摄取增加，所生成的丙酮酸也相应增多，丙酮酸位于糖酵解和TAC循环的交叉点，其代谢命运主要受乳酸脱氢酶和丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvatedehydrogenasecomplex ， PDC）调控。前者通过将丙酮酸转化为乳酸来促进糖酵解，而后者通过将丙酮酸催化为乙酰辅酶A来参与和维持TAC循环。肿瘤细胞中进入线粒体参与三羧酸循环的丙酮酸与糖摄取的增加不成比例，这提示肿瘤细胞线粒体功能部分受损可能是导致瓦博格效应的因素之一。丙酮酸脱氢酶复合体是位于线粒体内负责将丙酮酸不可逆地转变为乙酰辅酶A ，进入三羧酸循环的多酶复合物。丙酮酸复合体首要成分是丙酮酸脱氢酶（PDHA或PDHE1），其活性受磷酸化和去磷酸化来实现的。丙酮酸脱氢酶激酶（PDK或PDHK）在S293等位点上磷酸化PDHA ，并抑制其活性，而磷酸酶PDP1则去除这些位点上的磷酸化，激活PDHA活性。研究发现PDHK1的Y136、Y243、Y244位点被FGFR1等酪氨酸激酶磷酸化， Y136的磷酸化促进PDHK与丙酮酸复合体E2和底物PDHA的结合， Y243/Y244磷酸化增强了PDHK1与ATP的结合，提高其激酶活性，磷酸化PDHA1 ，从而进一步抑制PDHA的活性，调节丙酮酸的转化效率。除了在Ser293位点上受PDHK磷酸化调控外， PDHA也受酪氨酸激酶磷酸化修饰和直接调控， PDHAY301磷酸化可以降低其与底物丙酮酸的结合，减少丙酮酸的转化。这些研究展示出，同一个蛋白通过不同位点的磷酸化修饰，以不同的分子机制协同调控PDC活性，促成瓦博格效应的形成。 PDP1Y94被FGFR1、JAK2、BCR-ABL等酪氨酸激酶磷酸化抑制其与PDCE2的结合，从而进一步削弱对PDHA磷酸酶活性。 PDP1与PDHA一样，也存在多位点磷酸化。 PDP1Y381磷酸化引发去乙酰化酶SIRT3脱离PDC中心，招募乙酰转移酶ACAT1至PDC中心并乙酰化PDP1K202位点以及PDHAK321位点，重构PDC中心蛋白组成架构，抑制PDC活性，促进肿瘤细胞增殖和生长［30］。以上研究展示了肿瘤细胞利用多种翻译后修饰形式在不同层面和不同位点协同调控PDC的中心成分和功能，对细胞代谢进行重编程，减少丙酮酸在线粒体的利用，增加其进一步转化为乳酸，以满足肿瘤细胞快速增殖的需求。与原发性肿瘤相比，转移性肿瘤中AMPK活性富集，并直接触发PDHA在Ser295和Ser314上的磷酸化， PDHASer314磷酸化消除了PDHA和PDHK之间的相互作用，解除了PDHK对PDHA的负性调控， PDHA的Ser295和Ser314过度磷酸化通过提高PDH的活性，将肿瘤新陈代谢重新导向TCA周期，从而保护已扩散的癌细胞免受代谢和氧化应激诱导的细胞死亡，并促进癌症转移［31］。另有研究显示， PDC的主要蛋白成分，包括PDHA、PDP1 ，其在EGF或血清处理后可以进入细胞核内，并以核内的丙酮酸为原料合成乙酰辅酶A ，作为组蛋白乙酰化的重要供体，促进肿瘤细胞组蛋白乙酰化和周期调控，展现了线粒体蛋白在线粒体-细胞核不同细胞器之间穿梭发挥相关功能， “跨界”调控表观遗传，促进肿瘤细胞增殖与分化的模型。但是，线粒体蛋白如何进入细胞核内，是否存在其他翻译后修饰调控从线粒体转位到细胞核这一过程，还有待于进一步研究［32］。