李 月 郝經(jīng)偉 朱文斌 岳麗玲 劉云龍 高秀麗

齊齊哈爾醫(yī)學院，黑龍江齊齊哈爾 161006

糖代謝異常是惡性腫瘤的共同特征之一。在一般正常組織中，大多數(shù)葡萄糖經(jīng)由線粒體中的三羧酸循環(huán)而被氧化，只有在缺氧的條件下才會選擇糖酵解途徑。不同的是，腫瘤細胞即使在氧氣充足的情況下也會通過有氧糖酵解的方式利用大量葡萄糖產(chǎn)生乳酸并獲取能量，也就是沃伯格效應[1]。因此，靶向有氧糖酵解及其催化酶已成為治療癌癥靶點篩選的重要途徑之一。

丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）是糖酵解終末步驟限速酶，可催化其底物磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenol pyruvate，PEP）與二磷酸腺苷（adenosine diphosphate， ADP）反應生成丙酮酸和三磷酸腺苷（adenosine triphosphate， ATP）[2]，在有氧糖酵解中起著重要作用。丙酮酸激酶的不同亞型在不同組織中表達，有四種異構的組織特異性形式，包括R 型丙酮酸激酶（pyruvate kinase R，PKR）、L 型丙酮酸激酶（pyruvate kinase L， PKL）、M1 型丙酮酸激酶（pyruvate kinase M1， PKM1）和M2 型丙酮酸激酶（pyruvate kinase M2， PKM2）[3]。PKR 亞型主要存在于紅細胞中，但生物活性尚不得知，PKL 亞型主要存在于肝臟和腎臟中。PKM1和PKM2 亞型由PKM 基因pre-mRNA 的兩種不同的剪接方式產(chǎn)生，兩者分別包含外顯子9 和外顯子10 編碼的序列[4]，其中PKM1 主要分布于心肌、骨骼肌、腦組織中，PKM2 則在所有增殖細胞中均表達，尤其是在腫瘤和胚胎組織[5]。由此可見，四種亞型中PKM2 同腫瘤發(fā)生發(fā)展的關系最為密切。目前，針對PKM2 與腫瘤相關性的研究，主要集中在PKM2 的異常表達及其異常的激酶活性。本文將從上述兩方面就近年來PKM2 在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及其相應抗腫瘤化合物研究進展做相應介紹。

1 PKM2在腫瘤中的異常表達與其抑制劑

PKM2 在腫瘤中的異常表達首次由Lewis C.Cantley 團隊發(fā)現(xiàn)，該團隊發(fā)現(xiàn)了乳腺癌模型小鼠腫瘤組織中PKM2 的高表達，同時發(fā)現(xiàn)人肺癌細胞系（A549、H1299）、宮頸癌細胞系（Hela）以及人結腸癌組織中PKM2 的特異性表達。除此之外，研究在敲除內源性PKM 基因mRNA 并重新表達外源PKM2 表達載體后發(fā)現(xiàn)PKM2 具有促進腫瘤生長的功能[4]。自此，便掀起了針對腫瘤細胞中PKM2高表達的熱潮。研究表明，PKM2 在神經(jīng)膠質瘤細胞中受SP1 調控并呈高表達[6]；與此同時，神經(jīng)膠質瘤中高表達的PKM2 可通過let-7a，c-Myc 和hnRNPA1 調控葡萄糖代謝，促進細胞增殖[7]；Zhou等研究表明，PKM2 在黑色素瘤中高表達，且抑制PKM2 可抑制黑色素瘤進程[8]；Xu 等[9]發(fā)現(xiàn)在肝癌細胞中PKM2 呈高表達，PKM2 是肝癌細胞中Gli1 基因表達的調節(jié)因子，并可能通過Gli1 促進腫瘤發(fā)生。綜上，PKM2 在多種腫瘤中呈高表達，且對腫瘤細胞的增殖、遷移、凋亡、代謝等方面具有重要調控作用。因此，抑制PKM2 表達一度成為腫瘤研究的主要策略之一，也衍生出了許多有效的抑制劑。

1.1 萘醌類

以紫草素為首的萘醌類化合物是PKM2 抑制劑的主要來源。紫草素是從紫草中分離得到的具有多種生物活性并發(fā)揮抗癌作用的天然產(chǎn)物。作為一種廣譜抗腫瘤化合物，紫草素可通過抑制細胞增殖和遷移，誘導細胞凋亡、自噬和壞死，如在非小細胞癌、慢性粒細胞白血病、淋巴瘤、乳腺癌、結腸癌等腫瘤發(fā)揮抗癌作用。研究表明，PKM2 已成為紫草素的有效靶點，紫草素可通過增加活性氧濃度對膠質瘤細胞中PKM2 的表達產(chǎn)生抑制作用[10]，進而降低細胞內ATP 含量來抑制腫瘤細胞的增殖。紫草素在人食管癌細胞中通過抑制缺氧誘導因子-1α（Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）/PKM2 通路來抑制細胞增殖[11]。另外，紫草素還可通過調控PKM2 的表達來抑制肝癌細胞LM3 和SMMC-7721糖酵解過程，抑制細胞增殖并誘導細胞發(fā)生凋亡，這使其成為治療肝癌的潛在有效化合物[12]。除紫草素以外，維生素K 也屬于萘醌類化合物且具有抑制PKM2 表達的功能。Chen 等[13]研究表明維生素K3（VK3）和維生素K5（VK5）可以抑制PKM2的表達，并抑制宮頸癌Hela 細胞糖酵解代謝，誘導腫瘤細胞的死亡，并且可以區(qū)分PKM2 與PKM1，是相對特異性的PKM2 抑制劑。但VK3 和VK5 對PKM1 和PKM2 具有不同的抑制效果，VK5 的抑制效果強于VK3，可能是側鏈基團不同干擾其與丙酮酸結合位點的相互作用[14]。近年來一種新型萘醌衍生物——化合物3k 也被報道可選擇性抑制PKM2，并在一系列具有高表達PKM2 的腫瘤細胞系（包括HCT116、Hela 和H1299）顯示出明顯的抗腫瘤活性，并表現(xiàn)出比紫草素更好的抑制作用[15]。

1.2 多酚類

除萘醌類化合物以外，多酚類化合物也是PKM2潛在的抑制劑。白藜蘆醇是一種存在于葡萄、虎杖等多種植物中的非黃酮類多酚化合物[16]。研究表明，白藜蘆醇可通過mTOR 信號通路下調PKM2 表達，抑制宮頸癌Hela 細胞、乳腺癌MCF-7 細胞、肝癌細胞HepG2 細胞的葡萄糖攝取、乳酸產(chǎn)生，進而抑制合成代謝并達到抗腫瘤的作用[17]。熊璟等[18]研究表明，白藜蘆醇還可通過下調PKM2 的表達抑制口腔鱗狀細胞癌細胞糖酵解作用。除此之外，白藜蘆醇還可通過下調Erk/PKM2/BCL-2 軸誘導黑色素瘤細胞凋亡，達到抑制腫瘤的作用[19]。除白藜蘆醇以外，山柰酚也是多酚家族中的一員，屬于黃酮類多酚，其也可通過抑制PKM2 顯示出抗腫瘤活性[20]。研究表明，山柰酚可通過上調microRNA-399-5p 的表達，并抑制靶向下游hnRNPA1 和PTBP1 結合，進而抑制PKM2 的表達和糖酵解，最終抑制結腸癌細胞的增殖[21]。除山柰酚以外，另外兩種黃酮類多酚芹菜素和異牡荊素也具有抑制PKM2 表達的功能，并針對結腸癌[22]、非小細胞肺癌[23]顯示出潛在治療效果。

1.3 其他

除上述植物提取化合物以外，其他類型的化合物和藥物也可通過抑制PKM2 發(fā)揮抗腫瘤作用。環(huán)孢素A（cyclosporine A，CsA）是土壤中一種真菌的代謝產(chǎn)物，現(xiàn)生產(chǎn)中主要以多孔木霉菌為生產(chǎn)菌株發(fā)酵而來。自1970 年首次發(fā)現(xiàn)以來，CsA 一直作為非細胞毒性免疫抑制劑，主要用于器官和骨髓移植后的免疫抑制。自2002 年，我國著名免疫學家李大金教授發(fā)現(xiàn)CsA 可促進滋養(yǎng)層細胞增殖后，CsA 逐漸在臨床上用于免疫相關復發(fā)性流產(chǎn)。2012 年，Jiang 等[24]發(fā)現(xiàn)CsA 通過下調乳腺癌細胞內PKM2 的表達并使其活性降低，使腫瘤細胞內ATP 合成減少，抑制細胞的體外生長和細胞周期進程。這為其在癌癥治療中的機制提供新的見解。奧利司他作為一種口服抗肥胖藥物，也具有通過PKM2 發(fā)揮抗腫瘤能力。據(jù)文獻報道，卵巢癌細胞中PKM2 呈高表達，在使用奧利司他處理后，細胞中PKM2 的蛋白表達明顯下調，并發(fā)生凋亡[25]。除上述兩種藥物以外，芐絲肼作為抗帕金森治療的口服藥物，也是潛在的PKM2 抑制劑，可抑制黑色素腫瘤組織中過表達的PKM2，并抑制黑色素瘤細胞的生長和轉移，對黑色素瘤具有潛在的治療意義[8]。

2 PKM2在腫瘤中的異常激酶活性與其激活劑

除表達水平變化以外，PKM2 的異常激酶活性改變也成為腫瘤研究的主要靶點之一。PKM2 在細胞中有兩種存在形式，即高活性（丙酮酸激酶活性）四聚體形式和低活性的二聚體形式。PKM2 以其四聚體形式表現(xiàn)出較高的丙酮酸激酶催化活性，催化磷酸烯醇式丙酮酸和ADP 反應生成丙酮酸和ATP，生成的丙酮酸更傾向于進入三羧酸循環(huán)途徑；而二聚體形式則主要參與致癌事件，相對于四聚體而言，二聚體的丙酮酸激酶活性較低，其催化生成的丙酮酸更傾向于生成乳酸，使腫瘤細胞選擇有氧糖酵解途徑；另外，低活性的二聚體往往會因催化速率慢而阻滯糖酵解途徑，使糖酵解中間代謝產(chǎn)物進入糖酵解旁路途徑（如磷酸戊糖途徑），合成腫瘤細胞增殖所需營養(yǎng)物質[4，26]。除丙酮酸激酶活性以外，二聚體PKM2 還具有蛋白激酶活性，進入細胞核調控靶蛋白磷酸化及后續(xù)乙?；揎?，促進原癌基因轉錄及腫瘤的發(fā)生發(fā)展。研究表明，PKM2 入核后會上調Cyclin D1 和癌基因轉錄因子c-Myc 的表達，促進腫瘤細胞增殖[27]。因此，選擇PKM2 的激活劑穩(wěn)定PKM2 四聚體結構，抑制PKM2 二聚體形式，可作為抗腫瘤藥物研發(fā)的有效策略。

2.1 化學合成類激活劑

PKM2 的小分子激活劑噻吩并[3，2-b]吡咯[3，2-d]噠嗪酮類（TEPP-46）和N，N’-二芳基磺酰胺（DASA-58），通過穩(wěn)定PKM2 亞基相互作用來誘導PKM2 四聚體的形成，并抑制二聚體形式的PKM2 的形成和入核，增加PKM2 丙酮酸激酶活性，使腫瘤細胞發(fā)生代謝重編程[28]。上述兩種激活劑在體外均不激活重組的PKM1，對PKM2 具有較強的選擇性。在腎小管間質纖維化細胞中，TEPP46可穩(wěn)定PKM2 四聚體形式，抑制PKM2 二聚體形式及其介導的HIF-1α 積累，抑制細胞異常糖酵解和上皮間充質轉化，進而抑制腎纖維化[29]。在胸主動脈瘤和夾層動脈瘤中PKM2 水平升高，TEPP-46 作為PKM2 激活劑，可通過抑制NLRP3 炎癥小體介導的IL-1 分泌，并減緩模型鼠在胸主動脈瘤和夾層動脈瘤的發(fā)展[30]。另外，TEPP-46 和DASA-58還可通過激活PKM2 四聚體發(fā)揮非小細胞肺癌的治療潛能[31]，也可以保護肝臟細胞免受纖維化[32]。

2.2 中藥提取物類激活劑

除化學合成的TEPP-46 和DASA-58 以外，還有研究人員研究中草藥成分對PKM2 活性的影響。研究表明，黃酮類提取物可以使PKM2 酶活性升高，可以作為PKM2 激活劑起到抗腫瘤作用[33]。黃酮原花青素B2 是一種二聚黃酮類化合物，可在肝癌細胞中抑制PKM2 的表達，促進了PKM2/HSP90 在細胞質中的共定位，同時抑制了PKM2/HIF-1α 在細胞核中的共定位，從而破壞了PKM2/HSP90/HIF-1α之間的相互作用在體內和體外均抑制肝癌細胞增殖，誘導細胞周期停滯并誘發(fā)腫瘤細胞凋亡[34]。

除黃酮類化合物以外，萜類化合物也具有激活PKM2 的功能。木香內酯（micheliolide，MCL）是一種穩(wěn)定的愈創(chuàng)木倍半萜內酯，是發(fā)現(xiàn)于木香屬植物中的一種新的天然產(chǎn)物衍生的、共價的、選擇性的PKM2 激活劑。南開大學陳悅課題組發(fā)現(xiàn)MCL 可與PKM2 第424 位半胱氨酸發(fā)生加成反應，共價不可逆地誘導PKM2 四聚體的產(chǎn)生，同時抑制細胞核內二聚體的形成，進而抑制白血病細胞的遷移和生長[35]。

3 討論

綜上所述，PKM2 在腫瘤細胞中的異常表達及異常激酶活性均可作為抗腫瘤藥物研發(fā)的靶點，且現(xiàn)已涌現(xiàn)出許多潛在的先導化合物。但是最近越來越多的證據(jù)表明，僅僅抑制或激活PKM2 不足以抑制腫瘤的生長，且隨著腫瘤細胞的變異，耐藥性也是值得我們思考的問題。從本質上講，如何能使腫瘤細胞中PKM2 的激酶活性調節(jié)至與正常細胞相似的水平才是最終的目的。因此，組合治療的抗癌策略值得我們思考。目前，針對PKM2 為靶點的抗腫瘤藥物還處于基礎研究階段，以PKM2 為靶點是使用激活劑還是抑制劑的觀點爭論不休，二者聯(lián)合使用是否可以產(chǎn)生協(xié)同抗腫瘤作用還需進一步研究。隨著研究的不斷深入，以上問題終將逐一解決，靶向PKM2 的抗腫瘤藥物也將在未來的基礎研究和臨床研究中得到進一步的開發(fā)。