代谢酶PFKFB3对肿瘤化疗敏感性的调控机理研究

Chemotherapy is a common clinical strategy for cancer treatment. However, the effect of chemotherapy is often compromised by the existence of drug resistance of cancer cell. Cancer cells are able to evade chemotherapy induced cell apoptosis through elevating glycolytic level, although the mechanism remains elusive. PFKFB3 is a glycolytic enzyme catalyzing the conversion of fructose 6-bisphosphate (F6P) to fructose 2,6-bisphosphate (F2,6BP), which is a very potent stimulator for glycolysis. Our preliminary study demonstrated that inhibition of PFKFB3 sensitizes cells to Cisplatin induced DNA damage response and apoptosis. In addition, Cisplatin also increased the acetylation level of PFKFB3. Acetylation is an important regulatory mechanism for metabolic enzymes. Based on these initial findings, the current project will focus on the mechanism and physiological functions of PFKFB3 acetylation in cell response to chemotherapy. Our aim is to find effective strategies to promote chemotherapy efficiency in cancer treatment. Moreover, we will also explore the potential roles of PFKFB3 in nuclear events, which will expand our understanding of the importance of this enzyme in metabolic control.

化疗是常用的临床肿瘤治疗手段，然而肿瘤细胞对化疗药物的抵抗性是导致疗效不佳的重要原因。肿瘤细胞可通过提高糖酵解水平避免化疗诱导的细胞凋亡，然而其中的相关机制尚未阐明。代谢酶PFKFB3催化生成的F2,6BP是糖酵解通路的强效激活剂，我们的前期工作发现PFKFB3的抑制可增加化疗药物Cisplatin诱导的肿瘤细胞凋亡；此外，该酶的乙酰化水平在Cisplatin处理条件下显著增强。代谢酶的乙酰化修饰是其功能的重要调控方式。我们将在本项目中重点研究PFKFB3的乙酰化修饰对其调控的糖酵解过程的影响及分子机制，以及PFKFB3对肿瘤细胞响应化疗药物作用过程中的功能调控，以期提出可增强化疗药物对肿瘤抑制效果和特异性的新的作用靶点。此外，我们还将对PFKFB3在细胞核内潜在的新功能进行探索，这对于我们更深入地理解PFKFB3参与化疗作用调控的机制，以及更全面地了解PFKFB3的生理功能具有重要意义。

代谢重编程是肿瘤细胞的重要特征之一，糖酵解途径的激活能保护肿瘤细胞逃避DNA损伤信号引发的细胞死亡，然而内在机制仍不是很明确。本项目研究代谢酶PFKFB3对肿瘤化疗敏感性的调控，前期研究中发现PFKFB3的抑制可增加化疗药物Cisplatin诱导的肿瘤细胞凋亡；此外，该酶的乙酰化水平在Cisplatin处理条件下显著增强。在此基础上，本项目对其中的分子机制进行了深入的探究。.PFKFB3催化产生的代谢小分子果糖-2,6-二磷酸（F2,6BP）是糖酵解通路强效的激活剂。在PFKFB蛋白家族的4个成员中，PFKFB3是唯一一种定位在细胞核内的蛋白，然而其具体的原因并不清楚。本项目的研究首先发现多种引发DNA损伤的条件如化疗药处理可显著提高PFKFB3第472位赖氨酸残基（K472）乙酰化水平，表明DNA损伤是诱导该过程的关键生理信号。我们也鉴定出PCAF/GCN5和SIRT1分别是PFKFB3主要的乙酰基转移酶和去乙酰化酶。PFKFB3蛋白的K472位点位于核定位信号序列，该位点乙酰化修饰显著破坏了PFKFB3与核转运蛋白importin a-5的结合，因而导致PFKFB3在细胞浆中的滞留。而定位于细胞浆中的PFKFB3更易于被AMPK磷酸化，导致其活性上调并且促进糖酵解，从而保护细胞免于凋亡。与此相一致，在裸鼠移植瘤实验中，稳定表达PFKFB3-K472Q突变（模拟乙酰化状态）的肿瘤相对表达野生型PFKFB3的肿瘤对于顺铂化疗具有显著更强的抵抗力。.综上所述，本项目工作不仅揭示了代谢调节酶PFKFB3的活性受乙酰化修饰调控的新机制，也提示通过靶向抑制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。