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）

正常細胞的能量主要來源于葡萄糖代謝。葡萄糖在葡萄糖轉(zhuǎn)運體膜上的分布（供過于求），從細胞外毛細血管進入細胞，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主要表達于心臟；PDK3主要表達于睪丸；PDK4主要表達于心臟和骨骼肌。PDK2在各種組織中廣泛表達和表達，但脾臟和肺表達較低。相關(guān)報道指出，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（site 1，Ser-293；站點2、Ser-300；磷酸化和去磷酸化水平的網(wǎng)站3日ser-232實現(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，促進細胞糖酵解代謝；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1和2，而位點3只能被PDK1磷酸化。所以PDK1能夠磷酸化丙酮酸脫氫酶（PDH）3個位點，并與PDC的長期抑制有關(guān)，PDK的激活使PDC被抑制，從而限制了丙酮酸進入線粒體進行氧化磷酸化，而在胞漿進行糖酵解。正常條件下，PDK處于抑制狀態(tài)，PDC的活性被PDP激活，催化丙酮酸進行三羧酸循環(huán)產(chǎn)生大量的 ATP。在某些病理條件下，PDK不斷被激活，導(dǎo)致細胞中代謝途徑的轉(zhuǎn)化，并參與細胞的惡性轉(zhuǎn)化。

2 PDK 與惡性腫瘤

2000年，Hanahan和Weinberg總結(jié)了惡性腫瘤的六個基本特征：生長信號的自給自足；持續(xù)增長和擴散；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，他們將細胞內(nèi)腫瘤的數(shù)量增加到10個，有四個新特征：逃避免疫；促進腫瘤的炎癥；異常細胞能量和基因組不穩(wěn)定性和突變。其中，腫瘤細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·瓦伯格通過測量耗氧量和乳酸的產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)腫瘤細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，腫瘤細胞也更有可能使用糖酵解途徑產(chǎn)生ATP。腫瘤細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胞中，被認為是腫瘤細胞的特征之一。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。現(xiàn)在越來越多的數(shù)據(jù)顯示PDK在腫瘤中有異常表達。

2.1 在頭頸部鱗癌中

在頭頸部鱗狀細胞癌中，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與腫瘤細胞的干性有關(guān)[2-3]，PDK1在低氧環(huán)境下表達增加并調(diào)節(jié)乳酸的生成，腫瘤組織中高表達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，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，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，抑制腫瘤細胞的增殖，誘導(dǎo)腫瘤細胞的凋亡，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)瘤細胞系中表達PDK2表達[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胞死亡，也可以改善疾病模型的機體[6]。DCA能改變腫瘤細胞的能量平衡，促進葡萄糖氧化，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與調(diào)控，提示PDK是新興抗腫瘤藥物的潛在靶點。隨著腫瘤細胞代謝的不斷研究，通過代謝途徑來治療腫瘤細胞的生長，可能是一種新的方法和突破。

[1] 吳淑超.丙酮酸脫氫酶激酶抑制劑的篩選及抗腫瘤作用研究[D].南昌大學(xué),2014.

[2] 施瓦布LP,孔雀DL Majumdar D,et al.低氧誘導(dǎo)因子1α主要促進腫瘤的生長和腫瘤起源細胞活動乳腺癌[J].乳腺癌Res,2012,14(1):R6.

[3] 李JH,墊片JW,崔YJ,et al。索拉非尼的組合和輻射優(yōu)先抑制乳腺癌干細胞通過抑制HIF-1α表達[J]。腫瘤防治雜志代表,2013,29(3):917-2.

[4] Kluza J,Corazao-Rozas P,Touil Y,et al.失活HIF-1α/ PDK3信號axisdrives黑色素瘤對線粒體氧化代謝和強化的治療活動增強[J].癌癥研究,2012,72(19):5035-5047.

[5] Hernández-García D, Wood C D, Castro-Obregón S, et al. Reactive oxygen species: A radical role in development?[J]. Free Radical Biology and Medicine, 2010, 49(2): 130-143.

[6] Sutendra G,Dromparis P,金奈爾德,斯滕森TH,Haromy,帕克JM,et al .線粒體抑制活化的科索沃民主黨Ⅱ抑制HIF1信號和血管生成在癌癥研究[J].致癌基因,2013年,32(13):1638-1650.