丙酮酸脫氫酶激酶在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

何建清，佟秀琴

（1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2.唐山市第九醫(yī)院，河北 唐山 063000；3.包頭市中心醫(yī)院，內(nèi)蒙古 包頭 014040）

正常細(xì)胞的能量主要來源于葡萄糖代謝。葡萄糖在葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體膜上的分布（供過于求），從細(xì)胞外毛細(xì)血管進(jìn)入細(xì)胞，然后通過糖酵解代謝酶分解，丙酮酸，一種叫做糖酵解的過程。然后，在有氧條件的線粒體中，丙酮酸氧化，大b phthalein輔酶A從A分離到b，將其轉(zhuǎn)化為3個(gè)主軸酸（TCA），完全氧化為H2O和CO2，這一過程被稱為“氧化磷酸化（OXPHOS）”。

1 PDK 的結(jié)構(gòu)、分布和功能

PDK是一種與原核蛋白激酶同源的絲/酪氨酸蛋白激酶家族，與真核生物絲/酪氨酸激酶序列同源。PDK有四個(gè)等酶：PDKI、PDK2、PDK3和PDK4。它們主要位于線粒體基質(zhì)中，序列同源性高達(dá)70%，其序列的差異主要在n端。其中同源序列中含有保守c，組織特異性中，PDK1主要表達(dá)于心臟；PDK3主要表達(dá)于睪丸；PDK4主要表達(dá)于心臟和骨骼肌。PDK2在各種組織中廣泛表達(dá)和表達(dá)，但脾臟和肺表達(dá)較低。相關(guān)報(bào)道指出，PDC的活性由兩種關(guān)鍵酶- PDK磷酸酶和丙酮酸脫氫酶（PDP）調(diào)控，通過調(diào)節(jié)PDC的重要組成部分-三種特定的絲氨酸PDHE1位點(diǎn)（site 1，Ser-293；站點(diǎn)2、Ser-300；磷酸化和去磷酸化水平的網(wǎng)站3日ser-232實(shí)現(xiàn)它的生物功能。PDK代謝調(diào)節(jié)功能主要通過催化丙酮酸脫氫酶（E1（PDHE1）絲氨酸磷酸化作用抑制PDHE1的活性，導(dǎo)致PDC失活，抑制線粒體氧化磷酸化，促進(jìn)細(xì)胞糖酵解代謝；相反，PDP使PDHE1脫磷酸激活其活性，提高線粒體的氧化能力。其中4種同工酶均能磷酸化位點(diǎn)1和2，而位點(diǎn)3只能被PDK1磷酸化。所以PDK1能夠磷酸化丙酮酸脫氫酶（PDH）3個(gè)位點(diǎn)，并與PDC的長(zhǎng)期抑制有關(guān)，PDK的激活使PDC被抑制，從而限制了丙酮酸進(jìn)入線粒體進(jìn)行氧化磷酸化，而在胞漿進(jìn)行糖酵解。正常條件下，PDK處于抑制狀態(tài)，PDC的活性被PDP激活，催化丙酮酸進(jìn)行三羧酸循環(huán)產(chǎn)生大量的 ATP。在某些病理?xiàng)l件下，PDK不斷被激活，導(dǎo)致細(xì)胞中代謝途徑的轉(zhuǎn)化，并參與細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。

2 PDK 與惡性腫瘤

2000年，Hanahan和Weinberg總結(jié)了惡性腫瘤的六個(gè)基本特征：生長(zhǎng)信號(hào)的自給自足；持續(xù)增長(zhǎng)和擴(kuò)散；逃避凋亡；無限制的復(fù)制潛能；持續(xù)的血管生成和組織浸潤和轉(zhuǎn)移。2012年，他們將細(xì)胞內(nèi)腫瘤的數(shù)量增加到10個(gè)，有四個(gè)新特征：逃避免疫；促進(jìn)腫瘤的炎癥；異常細(xì)胞能量和基因組不穩(wěn)定性和突變。其中，腫瘤細(xì)胞的代謝異常被列為腫瘤組織的主要特征，與正常組織不同。在1930年，奧托·瓦伯格通過測(cè)量耗氧量和乳酸的產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的糖酵解率大約是正常組織的200倍，即使在足夠的氧氣的情況下，腫瘤細(xì)胞也更有可能使用糖酵解途徑產(chǎn)生ATP。腫瘤細(xì)胞的代謝特性被稱為“Warburg效應(yīng)”或有氧糖酵解（有氧糖酵解）。雖然遺傳背景各不相同，但華伯格效應(yīng)廣泛存在于各種腫瘤細(xì)胞中，被認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞的特征之一。PDK是控制糖酵解和氧化磷酸化途徑的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)激酶。許多研究表明，PDK可以通過影響有氧糖酵解來改變腫瘤細(xì)胞的代謝[1]。利用糖酵解的特殊產(chǎn)物來做分子成像用于腫瘤的臨床診斷已經(jīng)在臨床應(yīng)用，如PET成像?，F(xiàn)在越來越多的數(shù)據(jù)顯示PDK在腫瘤中有異常表達(dá)。

2.1 在頭頸部鱗癌中

在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中，發(fā)現(xiàn)使用shRNA降低PDK1，恢復(fù)PDC活性能夠降低腫瘤生長(zhǎng)和侵襲能力，而缺氧誘導(dǎo)因子-1（hif-1）也降低。PDK1可能是hif-1的調(diào)節(jié)蛋白，hif-1與腫瘤細(xì)胞的干性有關(guān)[2-3]，PDK1在低氧環(huán)境下表達(dá)增加并調(diào)節(jié)乳酸的生成，腫瘤組織中高表達(dá)PDK1的患者預(yù)后較差。丙酮酸脫氫酶激酶作為糖酵解途徑中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在調(diào)控糖酵解方面起著關(guān)鍵作用。

2.2 轉(zhuǎn)移性黑色素瘤

在腫瘤組織線粒體氧化，HIF-1在腫瘤組織高表達(dá)，擋HIF-1的基因技術(shù)發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)因子- 1下游蛋白質(zhì)—PDK3表達(dá)減少，線粒體氧化、氧化磷酸化的產(chǎn)品—活性氧（活性氧ROS）增加生產(chǎn)的數(shù)量，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡，提示低氧誘導(dǎo)因子- 1 / PDK3軸在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的治療很重要[4]。

2.3 在其他惡性腫瘤中

PDK1在胃癌組織中表達(dá)增加，PDK1與胃癌的發(fā)展及胃癌患者預(yù)后密切相關(guān)[5]。在73%的非小細(xì)胞肺癌中，免疫組化技術(shù)發(fā)現(xiàn)PDH / PDK通路被抑制，這可能是維持hif-1穩(wěn)定和有氧糖酵解的關(guān)鍵因素[5]。在膠質(zhì)瘤患者腫瘤組織和膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中表達(dá)PDK2表達(dá)[5]。

3 結(jié) 論

腫瘤的發(fā)生中，原癌基因的突變激活可能只是一個(gè)開端，代謝異常才是重要的部分和最終結(jié)果，而其產(chǎn)生的一系列生物學(xué)行為也是腫瘤細(xì)胞發(fā)生和發(fā)展的基礎(chǔ)。大量的研究表明，RNA干擾（RNAi）或小分子抑制劑二氯乙酸（二氯乙酸，DCA）通過抑制PDK抑制劑可以使體外腫瘤細(xì)胞死亡，也可以改善疾病模型的機(jī)體[6]。DCA能改變腫瘤細(xì)胞的能量平衡，促進(jìn)葡萄糖氧化，產(chǎn)生活性氧[6]。本文介紹了PDK的結(jié)構(gòu)、分布、功能及惡性腫瘤的異常表達(dá)與調(diào)控，提示PDK是新興抗腫瘤藥物的潛在靶點(diǎn)。隨著腫瘤細(xì)胞代謝的不斷研究，通過代謝途徑來治療腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，可能是一種新的方法和突破。

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