經驗分享：翻譯后修飾與腫瘤代謝重編程( 四 ) _健康小知識

以上研究顯示PKM2被修飾后導致酶活性降低，聚集代謝中間產物以滿足腫瘤細胞對生物合成原料和抵抗氧化應激損傷的需求。另有研究表明JNK-1磷酸化PKM2Thr365位點，提高PKM2酶活性，減少還原當量GSH水平，促進肝癌細胞系凋亡，但其中的具體分子機制和臨床意義，仍需進一步研究。肝癌細胞系中存在大量PARP14 ，抑制JNK-1對PKM2Thr365的磷酸化和激活，促進肝癌細胞瓦博格效應的產生［18］。 PKM2的翻譯后修飾不僅可以調節其酶的活性，也可以調節其在細胞內的定位。 PKM2在S37的位點上被ERK2磷酸化，該修飾促進PKM2轉入進細胞核，行使非代謝酶功能，作為蛋白激酶在T11位點磷酸化組蛋白H3 ，上調細胞周期蛋白和原癌基因的表達，從表觀調控水平上促進腫瘤細胞的增殖［19-20］。 PKM2S37磷酸化水平還受磷酸酶cdc25A去磷酸化調節參與調控PKM2蛋白激酶功能和腫瘤細胞瓦博格效應的形成［21］。在營養壓力如低糖狀態下， PKM2K433位點的琥珀酰化介導PKM2進入線粒體，抑制線粒體VDAC3的降解，提高線粒體膜的通透性，產生更多的ATP ，協助細胞在營養缺失下生存［22］。 PKM2在Arg445/447/455位點上被CARM1（PRMT4）甲基化修飾，定位于線粒體相關ER膜上，控制鈣離子的轉運和氧化磷酸化水平，促使腫瘤細胞更加依賴于有氧糖酵解通路，導致瓦博格效應的產生［23］。 HAUSP（herpesvirus-associatedubiquitin-specificprotease）可以與PKM2結合，并可能是其潛在的去泛素化酶，但HAUSP對PKM2的去泛素化作用在腫瘤發生發展和在腫瘤代謝重編程中的意義有待于進一步探索。
1.1.6乳酸脫氫酶
乳酸脫氫酶（lactatedehydrogenase ， LDH）大多數是由LDHA ， LDHB這兩種亞基通過不同組合方式組成的5種同/異四聚體（A4、A3B1、A2B2、A1B3、B4）分別稱之為LDH1～5 。乳酸脫氫酶在糖酵解通路的終端，以NADH為輔助因子，負責催化丙酮酸還原生成乳酸，并且氧化NADH為NAD+ 。在正常增殖細胞中，絕大部分丙酮酸會進入線粒體，通過丙酮酸復合體轉化為乙酰輔酶A ，參與三羧酸循環和氧化磷酸化。而在腫瘤細胞和快速增殖的細胞中，葡萄糖攝取以及相對應的丙酮酸水平增加，進入線粒體的丙酮酸并沒有相應增多，乳酸脫氫酶在轉錄因子HIF和Myc調控下表達增加，加速了丙酮酸向乳酸的轉化。腫瘤細胞中不同類型的翻譯后修飾也參與調控LDHA的蛋白水平和活性，促進乳酸的產生。有研究顯示在腫瘤細胞中普遍高表達的酪氨酸激酶受體包括FGFR1、FLT3-ITD、BCR-ABL、JAK2能夠在Y10位點直接磷酸化LDHA ，協助形成具有高活性四聚體、激發酶的活性、促進丙酮酸向乳酸的轉化、并調節NADH/NAD+的平衡，促進腫瘤細胞的增殖和生長。乳酸脫氫酶Y10磷酸化水平在多種腫瘤細胞系，包括肺癌、白血病、頭頸部腫瘤、乳腺癌和前列腺癌等癌細胞均明顯升高，也與促進乳腺癌侵襲與轉移密切相關，提示其可能成為腫瘤發生發展以及轉移的生物標志物［24-25］。在胰腺癌中， LDHA在K5位點發生乙酰化，抑制其酶的活性，同時也被熱休克蛋白HSC70所識別和介導降解，下調LDHA蛋白水平。早期胰腺癌組織LDHAK5乙酰化水平與癌旁組織相比明顯降低，提示LDHAK5乙酰化可能與胰腺癌的發生有關［26］。另外， LDHAK222位點的棕櫚酰化提示胃癌預后不良，可能是由于棕櫚酰化的LDHA溶酶體降解通路被削弱，從而導致LDHA蛋白水平升高，并與胃癌的侵襲和轉移也密切相關［27］。
1.2翻譯后修飾與腫瘤細胞三羧酸循環
1.2.1丙酮酸脫氫酶復合體
腫瘤細胞以及快速增殖的細胞中，葡萄糖攝取增加，所生成的丙酮酸也相應增多，丙酮酸位于糖酵解和TAC循環的交叉點，其代謝命運主要受乳酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶復合體（pyruvatedehydrogenasecomplex ， PDC）調控。前者通過將丙酮酸轉化為乳酸來促進糖酵解，而后者通過將丙酮酸催化為乙酰輔酶A來參與和維持TAC循環。腫瘤細胞中進入線粒體參與三羧酸循環的丙酮酸與糖攝取的增加不成比例，這提示腫瘤細胞線粒體功能部分受損可能是導致瓦博格效應的因素之一。丙酮酸脫氫酶復合體是位于線粒體內負責將丙酮酸不可逆地轉變為乙酰輔酶A ，進入三羧酸循環的多酶復合物。丙酮酸復合體首要成分是丙酮酸脫氫酶（PDHA或PDHE1），其活性受磷酸化和去磷酸化來實現的。丙酮酸脫氫酶激酶（PDK或PDHK）在S293等位點上磷酸化PDHA ，并抑制其活性，而磷酸酶PDP1則去除這些位點上的磷酸化，激活PDHA活性。研究發現PDHK1的Y136、Y243、Y244位點被FGFR1等酪氨酸激酶磷酸化， Y136的磷酸化促進PDHK與丙酮酸復合體E2和底物PDHA的結合， Y243/Y244磷酸化增強了PDHK1與ATP的結合，提高其激酶活性，磷酸化PDHA1 ，從而進一步抑制PDHA的活性，調節丙酮酸的轉化效率。除了在Ser293位點上受PDHK磷酸化調控外， PDHA也受酪氨酸激酶磷酸化修飾和直接調控， PDHAY301磷酸化可以降低其與底物丙酮酸的結合，減少丙酮酸的轉化。這些研究展示出，同一個蛋白通過不同位點的磷酸化修飾，以不同的分子機制協同調控PDC活性，促成瓦博格效應的形成。 PDP1Y94被FGFR1、JAK2、BCR-ABL等酪氨酸激酶磷酸化抑制其與PDCE2的結合，從而進一步削弱對PDHA磷酸酶活性。 PDP1與PDHA一樣，也存在多位點磷酸化。 PDP1Y381磷酸化引發去乙酰化酶SIRT3脫離PDC中心，招募乙酰轉移酶ACAT1至PDC中心并乙酰化PDP1K202位點以及PDHAK321位點，重構PDC中心蛋白組成架構，抑制PDC活性，促進腫瘤細胞增殖和生長［30］。以上研究展示了腫瘤細胞利用多種翻譯后修飾形式在不同層面和不同位點協同調控PDC的中心成分和功能，對細胞代謝進行重編程，減少丙酮酸在線粒體的利用，增加其進一步轉化為乳酸，以滿足腫瘤細胞快速增殖的需求。與原發性腫瘤相比，轉移性腫瘤中AMPK活性富集，并直接觸發PDHA在Ser295和Ser314上的磷酸化， PDHASer314磷酸化消除了PDHA和PDHK之間的相互作用，解除了PDHK對PDHA的負性調控， PDHA的Ser295和Ser314過度磷酸化通過提高PDH的活性，將腫瘤新陳代謝重新導向TCA周期，從而保護已擴散的癌細胞免受代謝和氧化應激誘導的細胞死亡，并促進癌癥轉移［31］。另有研究顯示， PDC的主要蛋白成分，包括PDHA、PDP1 ，其在EGF或血清處理后可以進入細胞核內，并以核內的丙酮酸為原料合成乙酰輔酶A ，作為組蛋白乙酰化的重要供體，促進腫瘤細胞組蛋白乙酰化和周期調控，展現了線粒體蛋白在線粒體-細胞核不同細胞器之間穿梭發揮相關功能， “跨界”調控表觀遺傳，促進腫瘤細胞增殖與分化的模型。但是，線粒體蛋白如何進入細胞核內，是否存在其他翻譯后修飾調控從線粒體轉位到細胞核這一過程，還有待于進一步研究［32］。