王雪純 梁愛玲 劉勇軍

1廣東省醫(yī)學(xué)分子診斷重點實驗室（廣東東莞 523808）；2廣東醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院（廣東東莞 523808）；3廣東醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室（廣東東莞 523808）

2021年的GLOBOCAN全球癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年肺癌成為世界第二常見的癌癥，但肺癌仍然是癌癥死亡的主要原因，在2020年約有180萬人死亡，占全部癌癥死亡病例的18%。在男性中，肺癌的發(fā)生率（14.3%）和死亡率（21.5%）都高居榜首。在女性中，肺癌發(fā)生率（8.4%）僅次于乳腺癌（24.5%）和結(jié)直腸癌（9.4%），死亡率（13.7%）僅次于乳腺癌（15.5%），成為女性癌癥中的第二大殺手［1］。在我國，肺癌是整個人群中最常見的惡性腫瘤，同時也是男性最常見的癌癥［2］。非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）占比超過肺癌總體五分之四，因其患病群體龐大而倍受關(guān)注。近年來隨著診斷技術(shù)和治療手段的提高，NSCLC患者的生存率提高［3］，但盡管面對越來越強的靶向治療，耐藥細胞的出現(xiàn)仍是無可避免［4］。

腫瘤的發(fā)生發(fā)展和糖代謝密切相關(guān)，代謝物交換和細胞間通訊造成的腫瘤代謝異質(zhì)性在促進轉(zhuǎn)移中起著重要作用，并導(dǎo)致臨床耐藥性，因代謝而改變的腫瘤微環(huán)境對于腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移和耐藥也起著不可忽視的作用［5］。丙酮酸脫氫酶激酶4（PDK4）作為丙酮酸脫氫酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinases，PDKs）家族四大亞型的一員，與其他亞型的相同之處是：皆可通過使丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDH）失去活性，導(dǎo)致丙酮酸進入乳酸代謝途徑，但PDK4相較于其他亞型以其能夠磷酸化多個PDH位點的特性，在腫瘤防治中更具吸引力。PDK4既有致癌作用，又有抑癌作用，且其在腫瘤中的異常表達與耐藥的發(fā)生也有著密切的聯(lián)系［6］。

1 PDK4概述

人體正常組織中，丙酮酸在PDH的催化下變成乙酰輔酶A，從而進入三羧酸循環(huán)為組織供能。但在腫瘤細胞中，PDH的催化作用常常受到抑制，其活性的降低將會促進腫瘤細胞的有氧糖酵解，即Warburg效應(yīng)。這種效應(yīng)能夠促進腫瘤生長和轉(zhuǎn)移，重要原因之一是活性氧（reactive oxygen species，ROS）的降低［7］。PDH被PDKs磷酸化利于Warburg效應(yīng)的進展，即促進細胞能量代謝傾向于乳酸的生成而非TCA循環(huán)［8］。以阿拉伯?dāng)?shù)字1-4命名的四種PDK亞型已經(jīng)在哺乳動物組織中得到鑒定，并在眾多研究中被預(yù)測為各種惡性腫瘤、糖尿病、肥胖癥和心力衰竭等一系列人類頑疾的藥物靶點，這些PDKs作為線粒體激酶，磷酸化多個PDH位點從而轉(zhuǎn)換著不同的代謝方式［9］。

PDK4存在于線粒體基質(zhì)，是一種線粒體蛋白。過去對PDK4的研究常常圍繞其在糖尿病代謝調(diào)節(jié)［10］中的作用并與神經(jīng)性疼痛［11］、動脈粥樣硬化患者血管鈣化［12］等方面有關(guān)?，F(xiàn)在認為PDK4參與真核生物的許多生理和病理過程，特別是PDK4異常表達導(dǎo)致許多癌癥的發(fā)生和發(fā)展［13］。

2 PDK4與腫瘤

2.1 PDK4與腫瘤增殖 PDK4作為有氧糖酵解的關(guān)鍵參與者，在除肝癌外多種惡性腫瘤中高表達并被證實為致癌基因。2018年，GUDA等［14］發(fā)現(xiàn)PDK4在乳腺癌細胞中異常高表達，并與miR-211水平呈負相關(guān)。miR-211過表達降低了乳腺癌細胞的細胞外酸化率，并將能量來源轉(zhuǎn)移到線粒體的氧化磷酸化，降低了PDK4的表達水平。這可能使得靶向miR-211抑制PDK4成為乳腺癌治療的新策略。LI等［15］研究表明N6-甲基腺苷（N6-adenosine-methyl，m6A）可以正向調(diào)節(jié)宮頸癌和肝癌細胞中PDK4的表達，促進腫瘤細胞的有氧糖酵解，加速腫瘤細胞的增殖并影響到癌細胞的化療敏感性，嚴重影響患者預(yù)后。這說明RNA修飾和細胞代謝之間可能存在某種聯(lián)系，對于未來揭示腫瘤內(nèi)在轉(zhuǎn)錄與代謝的交叉調(diào)控有一定啟示作用。LIU等［16］也同樣發(fā)現(xiàn)PDK4在宮頸癌細胞中高表達，且PDK4與長鏈非編碼RNA LINC00662呈正相關(guān)，LINC00662可通過上調(diào)PDK4的表達促進宮頸癌細胞增殖和侵襲。MIAO等［17］發(fā)現(xiàn)抑制miR-5683可以上調(diào)PDK4的表達促進有氧糖酵解，從而增強了胃癌細胞的增殖并減少凋亡，因此過表達miR-5683可能成為胃癌治療的新方法。2021年LIU等［18］同樣發(fā)現(xiàn)PDK4高表達，并且這種高表達與胃癌細胞增殖相關(guān)的各種生物學(xué)行為，以及胃癌患者的患病程度和預(yù)后有著高度聯(lián)系，這為設(shè)計新的胃癌治療手段提供了新的路徑。在2022年發(fā)表的新研究［19］中，PDK4被鑒定為與人類前列腺癌（prostate cancer，PC）相關(guān)的miR-32靶點，并在PC中低表達。高表達的miR-32抑制了PDK4表達且誘導(dǎo)了PC更高的代謝活性，反之，過表達PDK4降低了糖酵解速率并能抑制PC細胞生長。2020年DUAN等［20］實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一種名為鄰苯二甲酸丁芐酯（又名BBP）的致癌化學(xué)藥品處理后，能夠增加急性髓細胞白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）細胞中PDK4的表達，并促進細胞的有氧糖酵解。抑制PDK4可抑制BBP誘導(dǎo)的AML細胞增殖。上述研究幾乎一致表明通過PDK4高表達促進了有氧糖酵解，增加了乳酸生成和減少線粒體能量代謝，表現(xiàn)出促癌作用。盡管大多數(shù)研究認為高表達的PDK4有致癌作用，但也有研究發(fā)現(xiàn)在肝癌細胞中PDK4是低表達，在體外通過促進細胞線粒體功能來促進肝癌細胞的增殖。2021年SI等［21］研究表明 miR-9-5p直接靶向 PDK4下調(diào)其表達，促進肝癌細胞線粒體能量代謝，進一步促進細胞增殖和細胞周期進入，加速了肝癌的發(fā)展。

2.2 PDK4與腫瘤侵襲、遷移 PDK4在乳腺癌、膀胱癌，甲狀腺癌細胞中的異常表達不僅能夠促進細胞的惡性增殖，還有助于腫瘤細胞的遷徙和轉(zhuǎn)移。LECLERC等［22］觀察到PDK4的表達在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移細胞和患者外周血中顯著升高并伴隨PDK甲基化水平的降低，降低PDK4的表達使hif1基因的表達下調(diào)，而HIF-1作為血管內(nèi)皮生長因子的主要激活因子能夠增加結(jié)直腸癌細胞的遷移和侵襲特性。這說明在結(jié)直腸癌細胞中降低PDK4的表達降低結(jié)直腸癌細胞的遷移和侵襲，提示PDK4與結(jié)直腸癌細胞的遷移和侵襲有一定的關(guān)聯(lián)。并且直接檢測外周血PDK4甲基化水平也為診斷結(jié)直腸癌增加了新的維度。另有研究［23］發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNAcircCCDC66可通過miR-211-5p/PDK4軸促進甲狀腺癌細胞增殖、遷移和侵襲能力。circCCDC66可能通過海綿作用降低miR-211-5p的表達，促進PDK4的表達，從而影響甲狀腺癌細胞的增殖和侵襲性。關(guān)于PDK4表達水平與癌細胞侵襲程度成正比的例子不勝枚舉，但也有實驗證明miR-9-5p是通過下調(diào)PDK4促進肝癌細胞線粒體能量代謝，促進肝癌的增殖、侵襲和遷移［21］。PDK4在不同腫瘤中的不同效果證明了它功能的復(fù)雜性，但其內(nèi)在分子機制仍未十分清楚。推測可能與基因的突變與融合、非編碼RNA調(diào)控和蛋白質(zhì)翻譯后修飾或腫瘤內(nèi)環(huán)境的相互作用有關(guān)。

2.3 PDK4與腫瘤凋亡 在腫瘤逃避凋亡的各種因素中，代謝正逐漸成為關(guān)鍵因素之一；且代謝和凋亡途徑之間明顯存在交叉，PDK4能夠通過調(diào)節(jié)促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白的功能來調(diào)控腫瘤細胞的凋亡［24］。有研究發(fā)現(xiàn)在非小細胞肺癌中，PDK4作為抑癌基因miR382-5p的靶點，可被circ_0005962通過調(diào)控miR-382-5p來調(diào)控。miR-382-5p通過抑制PDK4的表達促進細胞凋亡。circ_0005962通過海綿作用降低了miR-382-5p的表達，進而激活PDK4的表達，抑制了非小細胞肺癌細胞的凋亡［25］。在SI等［21］研究中發(fā)現(xiàn)，miR-9-5p通過抑制PDK4的表達促進了肝癌細胞的增殖、遷移、侵襲以及細胞周期進入，同時通過上調(diào)Bcl-2的表達和下調(diào)凋亡蛋白胱天蛋白酶3和9的蛋白水平抑制肝癌細胞凋亡，從而加速了肝癌的發(fā)展。這在一定程度上說明在肝癌細胞中PDK4起到抑癌基因的作用。同樣也有研究［26］表明miR-195作為一種抑癌miRNA，能夠靶向抑制肝癌細胞HEPG2的PDK4基因進而抑制肝癌的增殖并且促進肝癌的凋亡。CHOINIERE等［27］曾在PDK4基因敲除的小鼠中觀察到肝細胞的自發(fā)凋亡，這提示PDK4在肝臟凋亡中發(fā)揮一定作用，推測線粒體分子的缺失可能激活線粒體損傷檢查點導(dǎo)致細胞凋亡。同樣在肝癌細胞中，PDK4卻有著截然相反的作用，這可能與改變的上游基因不同進而影響了不同的生存或者凋亡通路相關(guān)。有研究［28］發(fā)現(xiàn)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白與PDK4能夠進行相互作用，TNF-α等凋亡誘導(dǎo)劑以濃度依賴性的方式誘導(dǎo)HeLa和HepG2細胞凋亡，并抑制PDK4 mRNA水平。這為說明PDK4在觸發(fā)癌細胞凋亡中起到作用提供了依據(jù)。

2.4 PDK4與腫瘤耐藥 腫瘤細胞常以極強的適應(yīng)能力抵抗藥物壓力并做出相應(yīng)的“進化”，使得腫瘤耐藥成為腫瘤治療中最常見的制約治療效果的因素。耐藥的分類和機制錯綜復(fù)雜［29-30］并嚴重影響患者治療和預(yù)后，因此闡明耐藥機制，抵抗耐藥是提高療效改善預(yù)后的關(guān)鍵。自Warburg效應(yīng)提出以來，許多研究致力于闡明有氧糖酵解與癌癥之間的聯(lián)系。除前面提到的其與腫瘤增殖、轉(zhuǎn)移、凋亡之間的聯(lián)系外，這種代謝轉(zhuǎn)換也通過葡萄糖轉(zhuǎn)運體的介導(dǎo)、糖酵解酶活性的改變、生存信號的激活等方面促進化療耐藥性［31］。WOOLBRIGHT等［32］的研究發(fā)現(xiàn)，PDK4在膀胱癌細胞株中表達上調(diào)；在順鉑耐藥的膀胱癌中聯(lián)合使用PDK抑制劑和順鉑會明顯抑制細胞增殖，且在異種移植小鼠模型中觀察到明顯的腫瘤壞死。耐藥宮頸癌細胞［33］通過上調(diào)PDK4介導(dǎo)了有氧糖酵解；當(dāng)敲低PDK4或通過miR-16-5p下調(diào)PDK4可使耐藥宮頸癌細胞對阿霉素（Dox）敏感。同時異種移植模型也證實，抑制PDK4表達可以提高阿霉素治療模型動物腫瘤效果，內(nèi)在具體機制尚未解釋清楚，推測PDK4可能通過調(diào)節(jié)糖酵解酶活性并激活相關(guān)生存通路促進了有氧糖酵解在化療耐藥中的作用。此外，PDK4還參與到耐藥腫瘤細胞干細胞性的維持，F(xiàn)EKIR等［34］研究發(fā)現(xiàn)肝祖細胞向更不成熟的具有干細胞特性的細胞進行反向分化，會增加化療耐受性。對順鉑和索拉非尼耐藥的人類肝癌細胞具有干細胞特性，并且發(fā)現(xiàn)PDK4有助于這種干細胞特性的維持并參與耐藥。推測其機制可能是通過PDK4抑制線粒體PDH復(fù)合物的激活來增強化療耐藥性。SONG等［35］研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖決定了人胰管癌細胞對藥物抑制系統(tǒng)xc（-）誘導(dǎo)的鐵死亡的敏感性。PDK4被鑒定為鐵死亡抗性的驅(qū)動因素。PDK4不僅能通過阻斷丙酮酸脫氫酶依賴的丙酮酸氧化來抑制鐵死亡，還能通過抑制丙酮酸氧化和脂肪酸合成來調(diào)控對鐵死亡誘導(dǎo)劑的代謝抗性。一項關(guān)于膠質(zhì)瘤對泛極光激酶抑制劑托扎舍替（tozasertib）抗性機制的研究［36］發(fā)現(xiàn) PDK4基因顯著上調(diào)，且與托扎舍替誘導(dǎo)的耐藥性呈正相關(guān)，提示PDK4可能是托扎舍替耐藥表型的一個選擇性靶點。關(guān)于PDK4與腫瘤耐藥關(guān)系的研究多數(shù)仍停留于表型階段，并多集中于證明耐藥細胞中PDK4的表達水平以及改變PDK4水平后耐藥性的變化，至于探索其內(nèi)在機制還需結(jié)合更多基因間相互作用的研究和探索。

3 PDK4與肺癌耐藥

耐奧西替尼、吉非替尼等藥物的肺癌已是臨床常見，眾多miRNA靶向治療逆轉(zhuǎn)肺癌耐藥的研究也十分廣泛［37-38］，有關(guān)PDK4與肺癌耐藥關(guān)系的研究雖少卻新穎。YU等［39］發(fā)現(xiàn)PDK4的上調(diào)促進腫瘤細胞在體內(nèi)和體外的生長并與肺腺癌患者獲得化療耐藥直接相關(guān)。作者此前一項研究［40］表明PDK4通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮PAS結(jié)構(gòu)域蛋白1（endothelial PAS domain protein 1）的轉(zhuǎn)錄調(diào)控來促進肺腺癌細胞的生長和順鉑耐藥，并且肺腺癌臨床樣本中PDK4上調(diào)與患者較差的臨床結(jié)局有緊密聯(lián)系。與之相反的是，PDK4也可以作為一種抑癌基因，在腫瘤細胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化與耐藥性之間起到橋接的作用，SUN等［41］發(fā)現(xiàn)通過敲除PDK4能夠驅(qū)動上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化并促進表皮生長因子突變的肺癌細胞對厄洛替尼的耐藥。一項研究發(fā)現(xiàn)FoxO3a可能通過直接與PDK4啟動子區(qū)域結(jié)合使PDK4的表達降低，從而削弱有氧糖酵解的效應(yīng)，減小了非小細胞肺癌對吉非替尼的耐藥性。這表明PDK4在NSCLC耐表皮生長因子酪氨酸激酶抑制劑中具有促進作用［42］。盡管目前對于PDK4與肺癌耐藥之間的研究十分有限，但就已有的研究來看，PDK4極有可能作為逆轉(zhuǎn)肺癌耐藥的一個潛在靶點。

4 PDK抑制劑

PDKs能夠磷酸化PDH中丙酮酸脫氫酶E1α亞單位上的絲氨酸殘基Ser293、Ser300和Ser232使丙酮酸脫氫酶復(fù)合物失活，阻止丙酮酸通過線粒體的氧化代謝，通過促進有氧糖酵解途徑來促進癌細胞的增殖［43］。最早應(yīng)用于臨床的代謝抗癌藥物二氯乙酸（dichloroacetic acid，DCA）是一種作用于丙酮酸結(jié)合位點的抑制劑，能夠逆轉(zhuǎn)Warburg效應(yīng)，可以誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生并有效降低癌細胞的增殖［44］。有研究表明DCA能夠增加耐藥肺癌細胞對紫杉醇的敏感性。CPT［45］作為一種新的PDK4抑制劑，抑制了人胰腺癌和結(jié)直腸癌細胞系中PDH的磷酸化，以及腫瘤細胞的增殖。盡管DCA和其他PDKs抑制劑在體外腫瘤實驗中顯示出強大的抑制效應(yīng)，但仍然不清楚個體PDKs的作用以及PDKs增強化療耐藥性或誘導(dǎo)細胞死亡的潛在機制［46］。

5 總結(jié)與展望

PDK4作為PDKs家族重要一員，通過調(diào)節(jié)細胞代謝途徑，磷酸化PDH，促進腫瘤細胞的有氧糖酵解，在多種腫瘤的增殖、凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移以及耐藥中起著重要作用，因而成為一種新穎的癌癥治療靶點，PDKs家族與腫瘤間相互作用的研究逐漸成為熱點，各種PDKs抑制劑也不斷面世，盡管并未成功應(yīng)用于臨床，但在體外研究方面的進展已經(jīng)十分可喜，未來可能通過更多PDK4特異性抑制劑的開發(fā)與安全性檢驗，用于多種癌癥的特異性治療及促進腫瘤耐藥逆轉(zhuǎn)并真正在臨床意義上為癌癥群體的治療和預(yù)后提供新的方案。