今天和大家分享的是2017年6月發(fā)表在Nature上的一篇文獻(xiàn),。標(biāo)題是“The metabolic function of cyclin D3–CDK6 kinase in cancer cell survival”。

對于細(xì)胞周期蛋白和CDK調(diào)控細(xì)胞增殖,、分裂以及與腫瘤發(fā)生和演變之間的關(guān)系的研究熱度一直有增無減,，近年來，這一領(lǐng)域的研究結(jié)果正在逐步向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化,，相關(guān)的腫瘤治療藥物也逐漸進(jìn)入前臨床或者臨床研究階段,。本文是關(guān)于周期蛋白和CDK 的一個新的發(fā)現(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)對于腫瘤治療將產(chǎn)生重大影響,。

科學(xué)假說

D型細(xì)胞周期蛋白（D1,、D2和D3）以及周期蛋白依賴的蛋白激酶（CDK4和CDK6等）在調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和增殖中發(fā)揮了重要作用,。目前CDK4和CDK6抑制劑用于治療多種惡性腫瘤的臨床研究正在進(jìn)行。

最近,，美國科學(xué)家Nicholas J. Dyson和 Piotr Sicinski率領(lǐng)的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6激酶磷酸化并抑制糖酵解途徑中兩種關(guān)鍵酶6-磷酸果糖激酶(PFK1)和丙酮酸激酶M2(PKM2)的催化活性,，使得糖酵解中間體進(jìn)入磷酸戊糖（PPP）和絲氨酸途徑。

而抑制細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6可減少PPP和絲氨酸途徑的流動,，從而消耗抗氧化劑NADPH和谷胱甘肽（GSH）,，腫瘤組織中活性氧含量增加并引起腫瘤細(xì)胞凋亡。研究也表明細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6通過連接細(xì)胞周期和細(xì)胞代謝,，在不同程度上影響癌細(xì)胞生存的屬性可用于腫瘤治療,。

結(jié)果分析

本文有4張大圖：

1、細(xì)胞周期蛋白3-CDK6對PFK1和PKM2的調(diào)控,；

2,、抑制細(xì)胞周期蛋白3-CDK6后急性T淋巴細(xì)胞白血病的代謝變化；

3,、人類高表達(dá)細(xì)胞周期蛋白3-CDK6的腫瘤分析,；

4、人類腫瘤異基因移植小鼠對CDK4/6抑制劑的反應(yīng),。

Fig 1.通過腫瘤基因分析找到記性T淋巴細(xì)胞白血?。═-ALL）中與CDK6關(guān)系最密切的基因類型

研究者首先通過免疫沉淀技術(shù)明確人T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞系（T-ALL)中高表達(dá)CDK6，并通過質(zhì)譜技術(shù)明確與CDK6相關(guān)的蛋白質(zhì),。腫瘤基因分析發(fā)現(xiàn)與CDK6相關(guān)的主要是碳水化合物代謝和糖酵解相關(guān)基因,，其中，有兩種糖代謝酶PFK1和PKM2與CDK6關(guān)系最為密切,。

這兩種酶是催化糖酵解中的關(guān)鍵酶并且已經(jīng)證明在癌細(xì)胞代謝的重編程中也發(fā)揮重要作用,。

CDK6抑制劑帕博西尼（palbociclib）以及CDK6的過表達(dá)或者失活對PFK和PKM的磷酸化以及活性的影響。

研究者首先在體外實驗中證實PFK1（PFKP,，PFKL和PFKM）和PKM2都能被細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6磷酸化,。磷酸化的酶代謝活性明顯降低。

細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6抑制劑作用的細(xì)胞PFK1和PKM2的磷酸化水平明顯低于正常水平,，甚至比目前已知的細(xì)胞周期蛋白D–CDK4/6 抑制劑的作用效果更明顯,，進(jìn)一步明確了細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6在糖代謝中的重要作用。

Fig 2.CDK6抑制劑對T-ALL代謝的影響

降低糖酵解酶關(guān)鍵酶PFK1和PKM2的活性導(dǎo)致糖酵解中間體磷酸戊糖（PPP）和絲氨酸合成途徑,。PPP是煙酰胺腺嘌呤還原形式二磷酸核苷酸（NADPH）的主要來源,。

而NADPH和GSH是人體清除活性氧的主要機(jī)制。于是,，研究者用細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6抑制劑帕博西尼（palbociclib）處理T-ALL,，并用13C同位素和質(zhì)譜分析觀察糖代謝的變化。發(fā)現(xiàn)磷酸戊糖（PPP）和絲氨酸合成途徑的糖代謝明顯減少,。

a-b.CDK6抑制劑作用后對PPP,、絲氨酸途經(jīng)的影響,。

c-e. CDK6抑制劑作用后NADPH、GSH,、ROS的變化,。

f-h.CDK6抑制劑作用下T-ALL細(xì)胞凋亡情況

研究者進(jìn)一步通過對比帕博西尼（palbociclib）對野生型PFK1和PKM2和突變型PFK1和PKM2處理，野生型的PFK1和PKM2磷酸化水平減低,，磷酸戊糖（PPP）和絲氨酸合成途徑的糖代謝明顯減少，而突變型酶活性和糖代謝無明顯變化,。說明細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6對糖代謝的調(diào)節(jié)主要依賴PFK1和PKM2,。體內(nèi)實驗也進(jìn)一步證實上述結(jié)論。

Fig 3.人類高表達(dá)細(xì)胞周期蛋白3-CDK6的腫瘤分析

a-d.酶磷酸化和酶活性的變化,。

e-h.NADPH,、GSH、ROS,、細(xì)胞凋亡在CDK6抑制劑作用下的變化,。

通過這種機(jī)制，細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6促進(jìn)NADPH和GSH的產(chǎn)生,，有助于中和ROS,。 抑制細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6在腫瘤中的作用細(xì)胞減少PFK1和PKM2的磷酸化，導(dǎo)致增加這些酶的活性,。使糖酵解中間體從磷酸戊糖（PPP）和絲氨酸合成途徑減少,，NADPH和GSH生產(chǎn)減少，導(dǎo)致ROS增加并引發(fā)ROS依賴性細(xì)胞凋亡,。

Fig 4.人類腫瘤異基因移植小鼠對CDK4/6抑制劑的反應(yīng),。a-b.PFKP和PKM2磷酸化水平、活性,、GSH以及SOS水平

這一研究表明,，在高表達(dá)細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6的腫瘤中，該激酶調(diào)節(jié)劑糖代謝物流入PPP和絲氨酸途徑,。 因此,，細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6通過連接細(xì)胞周期和代謝的能力，在不同層次影響癌細(xì)胞生物學(xué)行為,。能夠抑制影響細(xì)胞增殖和細(xì)胞代謝并引發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡,，因此。細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6多方面作用使其成為極具吸引力一種癌癥治療的目標(biāo),。

套路分析

研究者首先通過GO分析法明確在T-ALL中與細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6相關(guān)性最強(qiáng)的代謝酶,，然后通過磷酸化分析明確細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6對PFK1和PKM2磷酸化調(diào)節(jié)方式。

明確調(diào)節(jié)方式后,，研究者通過對細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6過表達(dá)和抑制的方式研究其對PFK1和PKM2磷酸化強(qiáng)度以及對其活性的調(diào)節(jié)程度,。

明確了細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6通過磷酸化PFK1和PKM2的方式對兩種酶活性有顯著影響之后,，研究者進(jìn)一步通過檢測兩種酶的代謝產(chǎn)物NADPH和GSH的方式研究細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6對兩種酶功能的影響，明確細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6通過對上述兩種酶的調(diào)節(jié)影響細(xì)胞代謝,，甚至影響細(xì)胞凋亡之后,。

最后通過動物體內(nèi)種植人體腫瘤并給與細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6抑制劑，研究抑制劑對細(xì)胞凋亡的影響,，明確細(xì)胞周期蛋白D3-CDK6在腫瘤治療中的重要意義,。