經驗分享：翻譯后修飾與腫瘤代謝重編程( 三 ) _健康小知識

1.1.3磷酸果糖激酶
磷酸果糖激酶1（phosphofructokinase-1 ， PFK1）是糖酵解過程的主要限速酶，在ATP與Mg2+參與下，作用于6-磷酸果糖并生成1 ， 6-二磷酸果糖，這是糖酵解途徑的第二次磷酸化反應。在低氧環境下，腫瘤細胞PFK1在Ser529位點發生糖基化，抑制PFK1活性，降低了糖酵解的速率和乳酸的生成，將糖代謝轉向磷酸戊糖途徑，產生更多的還原物質NADPH 。看似與腫瘤細胞糖酵解普遍增強觀念相矛盾的結果，提示腫瘤細胞不僅利用糖酵解來生成大量的ATP為其快速增殖提供能量，也提供大量的代謝中間產物為生物合成途徑如磷酸戊糖途徑提供原材料，來滿足腫瘤細胞快速增殖的需要［8］。此外，腫瘤細胞還利用磷酸戊糖途徑所產生的還原物質NADPH以中和快速增殖過程中所產生氧自由基來抵抗自由基所引發的腫瘤細胞損傷和凋亡［8］。 PFK1的同源異構體PFKP可以被AKT在S386上磷酸化，該磷酸化修飾抑制了PFKL的降解，從而導致了PFKL蛋白水平的積聚，促進了膠質瘤細胞有氧糖酵解和腫瘤的生長［9］。磷酸果糖激酶2是一個有趣的雙功能蛋白，在非磷酸化狀態下具有激酶的功能，磷酸化6-磷酸果糖，生成2-6雙磷酸果糖。而在磷酸化的狀態下，其轉變為磷酸酶，催化2-6雙磷酸果糖轉化為6-磷酸果糖。 2-6雙磷酸果糖是磷酸果糖激酶1的強力激動劑。因此，磷酸果糖激酶-2/2-6二磷酸果糖磷酸酶-2 ，（PFK-2/FBPase-2）是其更為完整準確的名稱［10］。 PFK-2/FBPase-2有4種同工酶， PFKFB1-4 ，在不同腫瘤的不同階段發揮著不同的作用。在BRAF突變的黑色素瘤中， RSK直接磷酸化PFKFB2 ，促進PFKFB2的活性，提高糖酵解通路水平，加速了BRAF突變的黑色素瘤的生長［11］。 PFKFB3在K472位點能夠被乙酰化，該修飾削弱了PFKFB3的核定位信號，并使其滯留在細胞質當中。而細胞質中的PFKFB3能夠被AMPK進一步磷酸化，從而導致PFKFB3的激活，并進一步激活糖酵解通路，揭示了代謝酶PFKFB3的乙酰化修飾對糖酵解和腫瘤化療敏感性的重要調控作用，提示通過靶向抑制PFKFB3而提高順鉑等化療藥物的敏感性有可能成為臨床上一個新的治療策略［12］。
1.1.4磷酸甘油酸變位酶
磷酸甘油酸變位酶（phosphoglyceratemutase ， PGAM）在糖酵解通路中負責將3-磷酸甘油（3-PG）轉化為2-磷酸甘油（2-PG），是協調糖酵解，磷酸戊糖途徑和色氨酸合成途徑的關鍵酶，在腫瘤細胞的代謝重編程中也扮演著重要的角色。有研究發現在腫瘤細胞中PGAM1的Y26位點普遍被多種酪氨酸激酶磷酸化，該位點的磷酸化通過增強活性形式的PGAM1的穩定性提高其活性，調節其底物3-PG和產物2-PG的比例，協調糖酵解通路與合成代謝通路，為腫瘤快速增長提供優勢。 PGAM1的K251/253/254位點的乙酰化能夠增強乳酸生成， SIRT1是以上位點的去乙酰化酶，從而調控有氧糖酵解速率。但是乙酰化PGAM1是否推動腫瘤代謝模式的轉變重要因素，以及乙酰化PGAM1在腫瘤發生發展過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）型是廣受關注的代謝酶之一，它是糖酵解通路中最后一個限速酶，負責將磷酸烯醇丙酮酸轉化為丙酮酸。根據丙酮酸激酶在不同組織中的分布，丙酮酸在哺乳細胞內有4種類型，分別是PKL、PKR、PKM1和PKM2 。 PKL主要分布在肝臟、腸、胰腺以及腎臟， PKR主要分布在紅細胞中。 PKM1和PKM2是同一基因不同的剪切體， PKM1在需要大量能源供應的組織和器官中表達普遍上調，如心臟、腦組織、肌肉，而PKM2則在所有增殖細胞中特別是在腫瘤和胚胎組織中表達。 PKM1與PKM2的酶活性質和調節方式不同。 PKM1是持續激活形式，與底物磷酸烯醇丙酮酸有著很強的結合力；而PKM2則受到復雜的別構調控，對腫瘤的生長和進展發揮著至關重要的作用。在正常組織中， PKM2蛋白在高活性的四聚體形式和低活性的二聚體形式轉換。在腫瘤組織中， PKM2蛋白傾向于以低活性的二聚體形式，從而積聚PKM2上游的代謝中間產物作為前體物質通過磷酸戊糖途徑為合成腫瘤快速生長和增殖所必需的生物大分子提供原材料。眾多形式的翻譯后修飾包括磷酸化、乙酰化、琥珀酰化等參與調節PKM2活性和功能，通過促進細胞代謝重編程、血管生成、腫瘤轉移和基因組不穩定性推動腫瘤的發生和進展。首先，多種酪氨酸激酶包括成纖維細胞生長因子（FGFR1）在Y105位點直接磷酸化PKM2 ，阻礙輔助因子1 ， 6-二磷酸果糖與PKM2的結合，并抑制高酶活性的四聚體形成。 PKM2Y105位點磷酸化在一系列腫瘤細胞中顯著升高，對腫瘤細胞代謝模式向有氧糖酵解轉變和快速增殖發揮著重要作用。在高糖環境下， p300/CBP相關因子（PCAF）在K305位點乙酰化PKM2 ，降低其與底物PEP的結合，抑制其酶活性并促進其通過分子伴侶介導的自噬和溶酶體依賴的降解。外源性表達模擬乙酰化的PKM2K305Q可以導致糖酵解中間產物的聚集，促進腫瘤的增殖和生長。在低氧或氧自由基存在的環境下， PKM2C358位點發生氧化并導致酶活性降低，將代謝產物G-6-P轉向磷酸戊糖通路，提高重要還原物質NADPH的合成，使腫瘤細胞避免氧化應激帶來的損傷。