范 駿

（暨南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)院廣東廣州 510632）

萬世萬物，此消彼長，新陳更迭，皆可以被認(rèn)為是宏觀意義上的代謝。從微觀的角度出發(fā)，代謝是指生物體內(nèi)為維持生命而發(fā)生的所有生物化學(xué)反應(yīng)的總和。細(xì)胞代謝涵蓋了細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的所有化學(xué)過程，以維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)并總體上確定其能量狀態(tài)，包括合成代謝和分解代謝。合成代謝是指由較簡單的成分合成復(fù)雜分子并儲存能量，而分解代謝是把復(fù)雜分子分解成更簡單的成分而釋放能量。細(xì)胞代謝對于生命有機(jī)體的生長、繁殖、結(jié)構(gòu)維持、應(yīng)激等分子生理機(jī)制至關(guān)重要，因此，細(xì)胞代謝整個過程也受到嚴(yán)密精準(zhǔn)的調(diào)控。翻譯后修飾在細(xì)胞代謝過程的精密調(diào)控系統(tǒng)中常常作為“分子開關(guān)”，起著“四兩撥千斤”的作用。翻譯后修飾是指蛋白質(zhì)在翻譯后經(jīng)歷的一個共價(jià)加工過程，即通過1 個或幾個氨基酸殘基加上修飾基團(tuán)或通過蛋白質(zhì)水解剪去基團(tuán)而改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。蛋白翻譯后修飾能夠在生理及病理?xiàng)l件下，通過影響蛋白的活性、穩(wěn)定性、定位以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等，快速調(diào)節(jié)功能蛋白的活化、轉(zhuǎn)位、組裝等過程，擴(kuò)大蛋白功能的多樣性。翻譯后修飾類型包括經(jīng)典的磷酸化、泛素化、甲基化修飾，以及新近發(fā)現(xiàn)的糖基化、乙酰化、丙二?；?、琥珀?；揎棧约叭樗狨；?。代謝重編程（metabolic reprogramming）是腫瘤發(fā)生發(fā)展的十大特征之一，也是近年再次受到關(guān)注的熱點(diǎn)研究方向［1］。腫瘤細(xì)胞通過代謝重編程提供生長、增殖、免疫逃逸和轉(zhuǎn)移所需要的充足能量、必需大分子原料、適宜的氧化還原平衡環(huán)境。在此過程中，腫瘤細(xì)胞也表現(xiàn)出高度的代謝可塑性，而這種可塑性很大程度上是通過翻譯后修飾來得以實(shí)現(xiàn)。

1 翻譯后修飾與腫瘤細(xì)胞葡萄糖代謝通路重編程

1.1 翻譯后修飾與腫瘤細(xì)胞糖酵解通路

代謝改變在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用并非是一個嶄新的發(fā)現(xiàn)，早期的腫瘤生物學(xué)研究就已經(jīng)意識到葡萄糖代謝模式的改變是腫瘤組織區(qū)別于正常組織的一個重要特征。葡萄糖經(jīng)細(xì)胞表面葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白攝取進(jìn)入細(xì)胞胞漿后，再經(jīng)糖酵解生成丙酮酸，當(dāng)氧供應(yīng)充足時，丙酮酸進(jìn)入線粒體并發(fā)生有氧氧化，最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，并產(chǎn)生大量三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）；在氧供應(yīng)不足或不能被充分利用時，丙酮酸不進(jìn)入線粒體，而是被細(xì)胞質(zhì)中乳酸脫氫酶A（lactic dehydrogenase A，LDHA）還原成乳酸，同時產(chǎn)生少量的ATP。早在近100 年前，德國科學(xué)家Otto Warburg 發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞即使在有氧情況下，也主要通過糖酵解模式進(jìn)行糖代謝以提供能量，這種有氧糖酵解的代謝方式隨后被命名為瓦伯格效應(yīng)（Warburg effect），呈現(xiàn)出高葡萄糖消耗、低ATP 合成和高乳酸生成的特點(diǎn)。腫瘤細(xì)胞實(shí)現(xiàn)代謝模式從氧化磷酸化到糖酵解通路的轉(zhuǎn)變也是腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。腫瘤細(xì)胞一方面在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控葡萄糖代謝通路中關(guān)鍵代謝酶的表達(dá)水平，同時通過多種翻譯后修飾調(diào)節(jié)關(guān)鍵代謝酶的活性、組成、亞細(xì)胞定位等生物學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)代謝方式重編程。

1.1.1 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（glucose transporters，GLUT）是一類負(fù)責(zé)機(jī)體葡萄糖進(jìn)出入組織器官的關(guān)鍵門控蛋白，專職負(fù)責(zé)組織器官的能量供給和機(jī)體葡萄糖水平穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)功能。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是細(xì)胞利用葡萄糖的重要環(huán)節(jié)，是調(diào)節(jié)細(xì)胞葡萄糖使用的第一步。GLUT1 是一類廣泛分布于眾多組織器官的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，對于維持人的正常生理功能極為重要，其表達(dá)和功能異常與腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展具有重要的意義［2］。大量研究表明，GLUT1蛋白在多種腫瘤類型細(xì)胞中高度表達(dá)，提示與腫瘤細(xì)胞快速增長需要大量葡萄糖密切相關(guān)。盡管目前還沒有數(shù)據(jù)說明翻譯后修飾直接作用于GLUT1 蛋白本身，影響其轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的功能與效率，但有研究表明持續(xù)激活形式的AKT 能夠促進(jìn)FL5.12 細(xì)胞的GLUT1 轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，提高葡萄糖的攝取和細(xì)胞內(nèi)ATP 水平以及糖酵解速率，并與該細(xì)胞的腫瘤發(fā)生密切相關(guān)。在多種類型腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)的AKT 作為絲氨酸/蘇氨酸激酶，是生長因子介導(dǎo)的細(xì)胞存活機(jī)制中的重要效應(yīng)分子并在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。這些研究顯示AKT 信號通路與GLUT1 蛋白的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位、葡萄糖攝取增加和腫瘤代謝模式的轉(zhuǎn)變有著潛在的聯(lián)系。但是，AKT 是直接作用于GLUT1 本身還是通過其他蛋白來介導(dǎo)GLUT1 蛋白的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位還期待進(jìn)一步研究。

1.1.2 己糖激酶 己糖激酶（hexokinase，HK）作為糖酵解通路中第一個代謝酶，負(fù)責(zé)把葡萄糖轉(zhuǎn)化成為六磷酸葡萄糖（G-6-P）。人己糖激酶有4種同源異構(gòu)體，且組織豐度、與底物結(jié)合力各有不同。HK1 主要表達(dá)在腦組織中，HK2 表達(dá)于心肌、脂肪等組織中，HK3 廣泛表達(dá)于各種組織，而HK4 的表達(dá)局限于肝和胰腺。HK1、HK2 以及HK3 與葡萄糖的結(jié)合能力約為HK4 的250 倍［3］。研究表明c-Src 在Y732 位點(diǎn)上磷酸化HK1，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的糖酵解速率以及其增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移能力［4］。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中，原本表達(dá)的低活性的HK4 被高活性的HK2 取而代之，從而適應(yīng)腫瘤細(xì)胞快速消耗葡萄糖的需要。事實(shí)上，肝細(xì)胞癌中HK2 的確高表達(dá)，并且HK2 的表達(dá)水平與腫瘤惡性程度和致死率呈正相關(guān)。雖然在正常腦組織中HK1 優(yōu)勢表達(dá)，但在乳腺癌腦轉(zhuǎn)移的組織中以及膠質(zhì)瘤中，HK2高表達(dá)并提示預(yù)后不良。因此，HK2在腫瘤中的高表達(dá)被認(rèn)為是腫瘤進(jìn)行代謝重編程而適應(yīng)腫瘤快速生長需要的結(jié)果。此外，早先在心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中的研究顯示AKT 直接在Thr473 位點(diǎn)上磷酸化HK2，磷酸化修飾的HK2 轉(zhuǎn)位到線粒體中，與線粒體外膜蛋白VDAC 結(jié)合，阻止細(xì)胞色素C的釋放和細(xì)胞凋亡的發(fā)生。腫瘤細(xì)胞HK2 的翻譯后修飾對其功能影響和在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用也受到廣泛關(guān)注。在乳腺癌細(xì)胞中，HK2能夠被激酶PIM2 在Thr473 位點(diǎn)磷酸化，該位點(diǎn)的磷酸化能增強(qiáng)HK2 蛋白的穩(wěn)定性和酶活性，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞糖酵解和腫瘤生長，并促進(jìn)其對紫杉醇的耐藥［5］。在腸癌 細(xì)胞中，AKT2 可能是導(dǎo)致HK2 Thr473 磷酸化的上游激酶，并促進(jìn)HK2 的酶活性和腸癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力［6］。在前列腺癌細(xì)胞 中，HK2 可以在K315 和K492 上 被SUMO 化。SUMO 特異蛋白酶SENP1 介導(dǎo)HK2 的去SUMO 化。SUMO 缺陷后，HK2 優(yōu)先與線粒體結(jié)合，并同時增加葡萄糖消耗和乳酸生成并降低線粒體呼吸。這種代謝重編程支持前列腺癌細(xì)胞的增殖并保護(hù)細(xì)胞免受化學(xué)療法誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的影響。以上研究提示腫瘤細(xì)胞中HK2 的表達(dá)、功能、亞細(xì)胞定位可以被多種翻譯后修飾所調(diào)節(jié)，所引發(fā)的代謝重編程在腫瘤發(fā)生發(fā)展、侵襲浸潤、耐藥性產(chǎn)生等腫瘤分子病理過程中發(fā)揮著重要作用［7］。

1.1.3 磷酸果糖激酶 磷酸果糖激酶1（phosphofructokinase-1，PFK1）是糖酵解過程的主要限速酶，在ATP 與Mg2+參與下，作用于6-磷酸果糖并生成1，6-二磷酸果糖，這是糖酵解途徑的第二次磷酸化反應(yīng)。在低氧環(huán)境下，腫瘤細(xì)胞PFK1 在Ser529位點(diǎn)發(fā)生糖基化，抑制PFK1活性，降低了糖酵解的速率和乳酸的生成，將糖代謝轉(zhuǎn)向磷酸戊糖途徑，產(chǎn)生更多的還原物質(zhì)NADPH。看似與腫瘤細(xì)胞糖酵解普遍增強(qiáng)觀念相矛盾的結(jié)果，提示腫瘤細(xì)胞不僅利用糖酵解來生成大量的ATP 為其快速增殖提供能量，也提供大量的代謝中間產(chǎn)物為生物合成途徑如磷酸戊糖途徑提供原材料，來滿足腫瘤細(xì)胞快速增殖的需要［8］。此外，腫瘤細(xì)胞還利用磷酸戊糖途徑所產(chǎn)生的還原物質(zhì)NADPH以中和快速增殖過程中所產(chǎn)生氧自由基來抵抗自由基所引發(fā)的腫瘤細(xì)胞損傷和凋亡［8］。PFK1 的同源異構(gòu)體PFKP 可以被AKT 在S386 上磷酸化，該磷酸化修飾抑制了PFKL 的降解，從而導(dǎo)致了PFKL 蛋白水平的積聚，促進(jìn)了膠質(zhì)瘤細(xì)胞有氧糖酵解和腫瘤的生長［9］。磷酸果糖激酶2 是一個有趣的雙功能蛋白，在非磷酸化狀態(tài)下具有激酶的功能，磷酸化6-磷酸果糖，生成2-6 雙磷酸果糖。而在磷酸化的狀態(tài)下，其轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿崦福呋?-6 雙磷酸果糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖。2-6雙磷酸果糖是磷酸果糖激酶1的強(qiáng)力激動劑。因此，磷酸果糖激酶-2/2-6二磷酸果糖磷酸酶-2，（PFK-2/FBPase-2）是其更為完整準(zhǔn)確的名稱［10］。PFK-2/FBPase-2 有4 種同工酶，PFKFB1-4，在不同腫瘤的不同階段發(fā)揮著不同的作用。在BRAF 突變的黑色素瘤中，RSK 直接磷酸化PFKFB2，促進(jìn)PFKFB2 的活性，提高糖酵解通路水平，加速了BRAF 突變的黑色素瘤的生長［11］。PFKFB3在K472位點(diǎn)能夠被乙?；?，該修飾削弱了PFKFB3的核定位信號，并使其滯留在細(xì)胞質(zhì)當(dāng)中。而細(xì)胞質(zhì)中的PFKFB3 能夠被AMPK 進(jìn)一步磷酸化，從而導(dǎo)致PFKFB3 的激活，并進(jìn)一步激活糖酵解通路，揭示了代謝酶PFKFB3的乙?；揎棇μ墙徒夂湍[瘤化療敏感性的重要調(diào)控作用，提示通過靶向抑制PFKFB3 而提高順鉑等化療藥物的敏感性有可能成為臨床上一個新的治療策略［12］。

1.1.4 磷酸甘油酸變位酶 磷酸甘油酸變位酶（phosphoglycerate mutase，PGAM）在糖酵解通路中負(fù)責(zé)將3-磷酸甘油（3-PG）轉(zhuǎn)化為2-磷酸甘油（2-PG），是協(xié)調(diào)糖酵解，磷酸戊糖途徑和色氨酸合成途徑的關(guān)鍵酶，在腫瘤細(xì)胞的代謝重編程中也扮演著重要的角色。有研究發(fā)現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞中PGAM1的Y26位點(diǎn)普遍被多種酪氨酸激酶磷酸化，該位點(diǎn)的磷酸化通過增強(qiáng)活性形式的PGAM1的穩(wěn)定性提高其活性，調(diào)節(jié)其底物3-PG 和產(chǎn)物2-PG 的比例，協(xié)調(diào)糖酵解通路與合成代謝通路，為腫瘤快速增長提供優(yōu)勢［13］。PGAM1 的K251/253/254 位點(diǎn)的乙?；軌蛟鰪?qiáng)乳酸生成，SIRT1 是以上位點(diǎn)的去乙?；福瑥亩{(diào)控有氧糖酵解速率。但是乙酰化PGAM1 是否推動腫瘤代謝模式的轉(zhuǎn)變重要因素，以及乙?；疨GAM1在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的作用目前尚不完全清楚［14］。

1.1.5 丙酮酸激酶M2 型 丙酮酸激酶M2（pyruvate kinase M2，PKM2）型是廣受關(guān)注的代謝酶之一，它是糖酵解通路中最后一個限速酶，負(fù)責(zé)將磷酸烯醇丙酮酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸。根據(jù)丙酮酸激酶在不同組織中的分布，丙酮酸在哺乳細(xì)胞內(nèi)有4 種類型，分別是PKL、PKR、PKM1 和PKM2。PKL 主要分布在肝臟、腸、胰腺以及腎臟，PKR主要分布在紅細(xì)胞中。PKM1 和PKM2 是同一基因不同的剪切體，PKM1 在需要大量能源供應(yīng)的組織和器官中表達(dá)普遍上調(diào)，如心臟、腦組織、肌肉，而PKM2 則在所有增殖細(xì)胞中特別是在腫瘤和胚胎組織中表達(dá)。PKM1 與PKM2 的酶活性質(zhì)和調(diào)節(jié)方式不同。PKM1 是持續(xù)激活形式，與底物磷酸烯醇丙酮酸有著很強(qiáng)的結(jié)合力；而PKM2 則受到復(fù)雜的別構(gòu)調(diào)控，對腫瘤的生長和進(jìn)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在正常組織中，PKM2 蛋白在高活性的四聚體形式和低活性的二聚體形式轉(zhuǎn)換。在腫瘤組織中，PKM2 蛋白傾向于以低活性的二聚體形式，從而積聚PKM2 上游的代謝中間產(chǎn)物作為前體物質(zhì)通過磷酸戊糖途徑為合成腫瘤快速生長和增殖所必需的生物大分子提供原材料。眾多形式的翻譯后修飾包括磷酸化、乙?；?、琥珀?；葏⑴c調(diào)節(jié)PKM2 活性和功能，通過促進(jìn)細(xì)胞代謝重編程、血管生成、腫瘤轉(zhuǎn)移和基因組不穩(wěn)定性推動腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展。首先，多種酪氨酸激酶包括成纖維細(xì)胞生長因子（FGFR1）在Y105 位點(diǎn)直接磷酸化PKM2，阻礙輔助因子1，6-二磷酸果糖與PKM2 的結(jié)合，并抑制高酶活性的四聚體形成。PKM2 Y105 位點(diǎn)磷酸化在一系列腫瘤細(xì)胞中顯著升高，對腫瘤細(xì)胞代謝模式向有氧糖酵解轉(zhuǎn)變和快速增殖發(fā)揮著重要作用［15］。在高糖環(huán)境下，p300/CBP相關(guān)因子（PCAF）在K305 位點(diǎn)乙?；疨KM2，降低其與底物PEP的結(jié)合，抑制其酶活性并促進(jìn)其通過分子伴侶介導(dǎo)的自噬和溶酶體依賴的降解。外源性表達(dá)模擬乙酰化的PKM2 K305Q 可以導(dǎo)致糖酵解中間產(chǎn)物的聚集，促進(jìn)腫瘤的增殖和生長［16］。在低氧或氧自由基存在的環(huán)境下，PKM2 C358位點(diǎn)發(fā)生氧化并導(dǎo)致酶活性降低，將代謝產(chǎn)物G-6-P轉(zhuǎn)向磷酸戊糖通路，提高重要還原物質(zhì)NADPH 的合成，使腫瘤細(xì)胞避免氧化應(yīng)激帶來的損傷［17］。

以上研究顯示PKM2 被修飾后導(dǎo)致酶活性降低，聚集代謝中間產(chǎn)物以滿足腫瘤細(xì)胞對生物合成原料和抵抗氧化應(yīng)激損傷的需求。另有研究表明JNK-1 磷酸化PKM2 Thr365 位點(diǎn)，提高PKM2 酶活性，減少還原當(dāng)量GSH 水平，促進(jìn)肝癌細(xì)胞系凋亡，但其中的具體分子機(jī)制和臨床意義，仍需進(jìn)一步研究。肝癌細(xì)胞系中存在大量PARP14，抑制JNK-1 對PKM2 Thr365 的磷酸化和激活，促進(jìn)肝癌細(xì)胞瓦博格效應(yīng)的產(chǎn)生［18］。PKM2 的翻譯后修飾不僅可以調(diào)節(jié)其酶的活性，也可以調(diào)節(jié)其在細(xì)胞內(nèi)的定位。PKM2在S37的位點(diǎn)上被ERK2磷酸化，該修飾促進(jìn)PKM2 轉(zhuǎn)入進(jìn)細(xì)胞核，行使非代謝酶功能，作為蛋白激酶在T11 位點(diǎn)磷酸化組蛋白H3，上調(diào)細(xì)胞周期蛋白和原癌基因的表達(dá)，從表觀調(diào)控水平上促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖［19-20］。PKM2 S37 磷酸化水平還受磷酸酶cdc25A 去磷酸化調(diào)節(jié)參與調(diào)控PKM2 蛋白激酶功能和腫瘤細(xì)胞瓦博格效應(yīng)的形成［21］。在營養(yǎng)壓力如低糖狀態(tài)下，PKM2 K433位點(diǎn)的琥珀?；閷?dǎo)PKM2 進(jìn)入線粒體，抑制線粒體VDAC3 的降解，提高線粒體膜的通透性，產(chǎn)生更多的ATP，協(xié)助細(xì)胞在營養(yǎng)缺失下生存［22］。PKM2 在Arg445/447/455 位點(diǎn)上被CARM1（PRMT4）甲基化修飾，定位于線粒體相關(guān)ER膜上，控制鈣離子的轉(zhuǎn)運(yùn)和氧化磷酸化水平，促使腫瘤細(xì)胞更加依賴于有氧糖酵解通路，導(dǎo)致瓦博格效應(yīng)的產(chǎn)生［23］。HAUSP（herpesvirus-associated ubiquitin-specific protease）可以與PKM2 結(jié)合，并可能是其潛在的去泛素化酶，但HAUSP 對PKM2 的去泛素化作用在腫瘤發(fā)生發(fā)展和在腫瘤代謝重編程中的意義有待于進(jìn)一步探索。

1.1.6 乳酸脫氫酶 乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）大多數(shù)是由LDHA，LDHB 這兩種亞基通過不同組合方式組成的5 種同/異四聚體（A4、A3B1、A2B2、A1B3、B4）分別稱之為LDH 1～5。乳酸脫氫酶在糖酵解通路的終端，以NADH 為輔助因子，負(fù)責(zé)催化丙酮酸還原生成乳酸，并且氧化NADH 為NAD+。在正常增殖細(xì)胞中，絕大部分丙酮酸會進(jìn)入線粒體，通過丙酮酸復(fù)合體轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，參與三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化。而在腫瘤細(xì)胞和快速增殖的細(xì)胞中，葡萄糖攝取以及相對應(yīng)的丙酮酸水平增加，進(jìn)入線粒體的丙酮酸并沒有相應(yīng)增多，乳酸脫氫酶在轉(zhuǎn)錄因子HIF 和Myc 調(diào)控下表達(dá)增加，加速了丙酮酸向乳酸的轉(zhuǎn)化。腫瘤細(xì)胞中不同類型的翻譯后修飾也參與調(diào)控LDHA 的蛋白水平和活性，促進(jìn)乳酸的產(chǎn)生。有研究顯示在腫瘤細(xì)胞中普遍高表達(dá)的酪氨酸激酶受體包括FGFR1、FLT3-ITD、BCR-ABL、JAK2 能夠在Y10 位點(diǎn)直接磷酸化LDHA，協(xié)助形成具有高活性四聚體、激發(fā)酶的活性、促進(jìn)丙酮酸向乳酸的轉(zhuǎn)化、并調(diào)節(jié)NADH/NAD+的平衡，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和生長。乳酸脫氫酶Y10 磷酸化水平在多種腫瘤細(xì)胞系，包括肺癌、白血病、頭頸部腫瘤、乳腺癌和前列腺癌等癌細(xì)胞均明顯升高，也與促進(jìn)乳腺癌侵襲與轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，提示其可能成為腫瘤發(fā)生發(fā)展以及轉(zhuǎn)移的生物標(biāo)志物［24-25］。在胰腺癌中，LDHA 在K5位點(diǎn)發(fā)生乙酰化，抑制其酶的活性，同時也被熱休克蛋白HSC70 所識別和介導(dǎo)降解，下調(diào)LDHA 蛋白水平。早期胰腺癌組織LDHA K5 乙酰化水平與癌旁組織相比明顯降低，提示LDHA K5 乙?；赡芘c胰腺癌的發(fā)生有關(guān)［26］。另外，LDHA K222 位點(diǎn)的棕櫚酰化提示胃癌預(yù)后不良，可能是由于棕櫚酰化的LDHA 溶酶體降解通路被削弱，從而導(dǎo)致LDHA 蛋白水平升高，并與胃癌的侵襲和轉(zhuǎn)移也密切相關(guān)［27］。

1.2 翻譯后修飾與腫瘤細(xì)胞三羧酸循環(huán)

1.2.1 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 腫瘤細(xì)胞以及快速增殖的細(xì)胞中，葡萄糖攝取增加，所生成的丙酮酸也相應(yīng)增多，丙酮酸位于糖酵解和TAC循環(huán)的交叉點(diǎn)，其代謝命運(yùn)主要受乳酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶復(fù)合體（pyruvate dehydrogenase complex，PDC）調(diào)控。前者通過將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸來促進(jìn)糖酵解，而后者通過將丙酮酸催化為乙酰輔酶A 來參與和維持TAC 循環(huán)。腫瘤細(xì)胞中進(jìn)入線粒體參與三羧酸循環(huán)的丙酮酸與糖攝取的增加不成比例，這提示腫瘤細(xì)胞線粒體功能部分受損可能是導(dǎo)致瓦博格效應(yīng)的因素之一。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體是位于線粒體內(nèi)負(fù)責(zé)將丙酮酸不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴］o酶A，進(jìn)入三羧酸循環(huán)的多酶復(fù)合物。丙酮酸復(fù)合體首要成分是丙酮酸脫氫酶（PDHA 或PDH E1），其活性受磷酸化和去磷酸化來實(shí)現(xiàn)的。丙酮酸脫氫酶激酶（PDK 或PDHK）在S293 等位點(diǎn)上磷酸化PDHA，并抑制其活性，而磷酸酶PDP1 則去除這些位點(diǎn)上的磷酸化，激活PDHA 活性。研究發(fā)現(xiàn)PDHK1 的Y136、Y243、Y244 位點(diǎn)被FGFR1 等酪氨酸激酶磷酸化，Y136 的磷酸化促進(jìn)PDHK 與丙酮酸復(fù)合體E2和底物PDHA 的結(jié)合，Y243/Y244磷酸化增強(qiáng)了PDHK1 與ATP 的結(jié)合，提高其激酶活性，磷酸化PDHA1，從而進(jìn)一步抑制PDHA 的活性，調(diào)節(jié)丙酮酸的轉(zhuǎn)化效率。除了在Ser293 位點(diǎn)上受PDHK 磷酸化調(diào)控外，PDHA 也受酪氨酸激酶磷酸化修飾和直接調(diào)控，PDHA Y301 磷酸化可以降低其與底物丙酮酸的結(jié)合，減少丙酮酸的轉(zhuǎn)化。這些研究展示出，同一個蛋白通過不同位點(diǎn)的磷酸化修飾，以不同的分子機(jī)制協(xié)同調(diào)控PDC 活性，促成瓦博格效應(yīng)的形成［28］。PDP1 Y94 被FGFR1、JAK2、BCR-ABL 等酪氨酸激酶磷酸化抑制其與PDC E2的結(jié)合，從而進(jìn)一步削弱對PDHA 磷酸酶活性［29］。PDP1 與PDHA 一樣，也存在多位點(diǎn)磷酸化。PDP1 Y381 磷酸化引發(fā)去乙?；窼IRT3 脫離PDC 中心，招募乙酰轉(zhuǎn)移酶ACAT1 至PDC 中心并乙?；疨DP1 K202 位點(diǎn)以及PDHA K321 位點(diǎn)，重構(gòu)PDC中心蛋白組成架構(gòu)，抑制PDC 活性，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和生長［30］。以上研究展示了腫瘤細(xì)胞利用多種翻譯后修飾形式在不同層面和不同位點(diǎn)協(xié)同調(diào)控PDC 的中心成分和功能，對細(xì)胞代謝進(jìn)行重編程，減少丙酮酸在線粒體的利用，增加其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乳酸，以滿足腫瘤細(xì)胞快速增殖的需求。與原發(fā)性腫瘤相比，轉(zhuǎn)移性腫瘤中AMPK 活性富集，并直接觸發(fā)PDHA 在Ser295 和Ser314 上的磷酸化，PDHA Ser314磷酸化消除了PDHA 和PDHK 之間的相互作用，解除了PDHK 對PDHA 的負(fù)性調(diào)控，PDHA 的Ser295 和Ser314 過度磷酸化通過提高PDH 的活性，將腫瘤新陳代謝重新導(dǎo)向TCA 周期，從而保護(hù)已擴(kuò)散的癌細(xì)胞免受代謝和氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，并促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移［31］。另有研究顯示，PDC 的主要蛋白成分，包括PDHA、PDP1，其在EGF或血清處理后可以進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并以核內(nèi)的丙酮酸為原料合成乙酰輔酶A，作為組蛋白乙酰化的重要供體，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞組蛋白乙?；椭芷谡{(diào)控，展現(xiàn)了線粒體蛋白在線粒體-細(xì)胞核不同細(xì)胞器之間穿梭發(fā)揮相關(guān)功能，“跨界”調(diào)控表觀遺傳，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖與分化的模型。但是，線粒體蛋白如何進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，是否存在其他翻譯后修飾調(diào)控從線粒體轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核這一過程，還有待于進(jìn)一步研究［32］。

1.2.2 異檸檬酸脫氫酶 異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）是三羧酸循環(huán)中重要的酶，其主要功能是將異檸檬酸轉(zhuǎn)化成草酰琥珀酸再進(jìn)一步氧化成α-酮戊二酸（α-KG）。此外，IDH 提供的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）能夠用于細(xì)胞中脂類物質(zhì)的合成參與不飽和脂肪酸的降解過程，用于體內(nèi)抗氧化作用，保護(hù)機(jī)體免受氧化損傷，延緩衰老過程。IDH 家族主要包括3種酶，分別為IDH1、IDH2 和IDH3。IDH1 蛋白主要存在于過氧化氫酶體及細(xì)胞質(zhì)中，而IDH2 蛋白主要存在于線粒體中，但I(xiàn)DH3基因的位置尚未確定。大多數(shù)IDH 為同源二聚體，每個亞基均有一個活性中心。IDH 突變和腫瘤的發(fā)生有著緊密關(guān)聯(lián)，在AML、膠質(zhì)瘤和軟骨肉瘤等惡性腫瘤中存在30%～80%的突變率，而普遍的突變?yōu)镮DH1基因R132C位點(diǎn)突變，其次是IDH1基因R132H位點(diǎn)突變等，突變位點(diǎn)均位于IDH酶的活性位點(diǎn)上，因而突變對酶的活性有直接影響。此外，異檸檬酸脫氫酶（IDH）活性位點(diǎn)突變導(dǎo)致新形態(tài)酶活性，導(dǎo)致形成的D-2-羥基戊二酸（D-2HG），通過抑制參與組蛋白和DNA 去甲基化的酶來改變細(xì)胞的表觀遺傳狀態(tài)，從而推動多種組織類型癌癥的形成。有研究顯示兩組不同的酪氨酸激酶之間存在相互作用，分別在Y381 和Y42 位點(diǎn)磷酸化野生型和突變型的IDH1，通過促進(jìn)輔助因子或底物結(jié)合到IDH1，或促進(jìn)高活性二聚體形成等機(jī)制激活野生型和突變型IDH1，保障腫瘤細(xì)胞的快速生長和增殖［33］。此外，線粒體定位的IDH2 R140Q 突變體通常伴有K413的乙酰化，通過抑制高活性IDH2 的二聚化和輔助因子NADPH 的結(jié)合，負(fù)性精細(xì)調(diào)控IDH2 活性，將內(nèi)在過高的2-HG 水平調(diào)控在優(yōu)化區(qū)間內(nèi)，一方面促使AML 細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，另一方面也避免過高2-HG水平對腫瘤細(xì)胞的毒性作用［34-35］。

1.3 翻譯后修飾與腫瘤磷酸戊糖途徑

磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway）也稱為單磷酸己糖支路（hexose monophosphate shunt），是葡萄糖-6-磷酸經(jīng)代謝產(chǎn)生NADPH 和核糖-5-磷酸的途徑，主要在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，為合成代謝提供多種原料，如為脂肪酸、膽固醇的生物合成提供NADPH；為核苷酸輔酶、核苷酸的合成提供5-磷酸核糖。葡萄糖6 磷酸脫氫酶，（glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PD）是磷酸戊糖途徑第一個限速酶，研究發(fā)現(xiàn)在不同器官來源的腫瘤細(xì)胞中G6PD 發(fā)生多種類型的翻譯后修飾調(diào)控G6PD功能。G6PD 上的S 84 位點(diǎn)上的糖基化，SIRT2 介導(dǎo)的K403位點(diǎn)去乙?；?，PLK1介導(dǎo)的G6PD T406/T466 磷酸化，不同程度地激活G6PD，促進(jìn)葡萄糖進(jìn)入磷酸戊糖途徑，增加Ru-5-p，NADPH的產(chǎn)出，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長和增殖［36-37］。6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（6-phosphogluconate dehydrogenase 6PGD）是PPP 通路上的第三個重要酶，研究發(fā)現(xiàn)6PGD分別在K76 和K294位點(diǎn)在乙酰轉(zhuǎn)移酶DLAT和ACAT2 作用下發(fā)生乙?；?，在Y481 位點(diǎn)被SRC家族激酶FYN 磷酸化，K76 位點(diǎn)的乙?；蚘481的酪氨酸磷酸化促進(jìn)輔助因子NADP+與6PGD 結(jié)合，K294位點(diǎn)的乙?；龠M(jìn)高活性6PGD 二聚體的形成，從而進(jìn)一步激活6PGD和PPP通路，產(chǎn)生更多的核糖-5-磷酸和NADPH，用于腫瘤細(xì)胞原料核酸合成和抵抗氧化自由基損傷［38-39］。此外6PGD 的產(chǎn)物5-磷酸核糖（Ru-5-P）通過破壞活性LKB1 復(fù)合物抑制AMPK 活化，從而活化乙酰輔酶A 羧化酶1和脂肪形成，促進(jìn)細(xì)胞增殖和腫瘤的生長［40］。以上研究展示了磷酸戊糖途徑中不同類型的翻譯后修飾調(diào)節(jié)代謝酶的活性，為腫瘤細(xì)胞的生長增殖提供大分子原料，或/和通過該通路中的代謝產(chǎn)物作為信號分子直接參與影響腫瘤細(xì)胞增殖的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。

圖1和表1分別歸納了腫瘤代謝中蛋白質(zhì)翻譯后修飾對代謝酶的調(diào)控和代謝酶翻譯后修飾。

表1 代謝酶翻譯后修飾Table 1 Posttranslational modification of metabolic enzymes

圖1 腫瘤代謝中蛋白質(zhì)翻譯后修飾對代謝酶的調(diào)控Fig.1 Regulation of protein post-translational modification on metabolic enzymes in tumor metabolism

2 翻譯后修飾與腫瘤細(xì)胞脂代謝和氨基酸代謝重編程

在腫瘤細(xì)胞中，脂肪酸代謝對其生長及轉(zhuǎn)移具有重要意義。在合成方面，脂肪酸可參與癌細(xì)胞膜上磷脂的結(jié)構(gòu)合成與重要信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)；在分解方面，腫瘤細(xì)胞利用脂肪酸β-氧化產(chǎn)生的ATP 來維持所需的能量，以及利用煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）來維持體內(nèi)的氧化還原平衡。因此，脂肪酸的合成和分解可能對腫瘤的發(fā)生和發(fā)展具有重要作用。檸檬酸裂解酶（adenosine triphosphate citrate lyase，ACLY）、乙酰CoA 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）和脂肪酸合成酶（fatty acid synthetase，F(xiàn)ASN）串聯(lián)活化的合成代謝過程。ACLY催化檸檬酸轉(zhuǎn)化為草酰乙酸和乙酰CoA。

研究發(fā)現(xiàn)，CUL3 通過其接合蛋白KLHL25 與ACLY 相互作用，使ACLY 泛素化并降解，從而抑制脂肪酸從頭合成［41］。而ACLY 在K540、K546、K554位點(diǎn)上發(fā)生乙?；揎椇笠种艫CLY 泛素化修飾和降解，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，促進(jìn)脂肪酸的從頭合成，細(xì)胞增殖和腫瘤的生長［42］。脂肪酸合成通路中的脂肪酸合成酶FASN（fatty acid synthase）也受乙?；{(diào)控。FASN的乙酰化促進(jìn)其通過泛素酶體系統(tǒng)降解，進(jìn)一步減少脂質(zhì)合成和腫瘤的生長。肝癌組織中由于FASN 的表達(dá)增高，同時其去乙酰化酶HDAC3 的表達(dá)增高，F(xiàn)ASN 乙?；矫黠@降低，與肝癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，也提示靶向調(diào)控腫瘤細(xì)胞FASN 乙?；菨撛诘闹委煵呗裕?3］。也有研究顯示，shRNA 介導(dǎo)的ACAT1 消融和GNPAT 乙?；毕?，導(dǎo)致FASN 降解，抑制異種移植和DEN/ccl4 誘導(dǎo)的HCC 的脂質(zhì)代謝和腫瘤進(jìn)展［44］。在乳腺癌中，F(xiàn)ASN 被類泛素化（SUMO 化），當(dāng)SUMO2沉默引起SUMO化缺失會降低了FASN 蛋白的穩(wěn)定性［45］。另外，乙酰輔酶A 羧化酶1（acetyl-CoA carboxylase 1，ACC1）是脂肪酸合成的限速酶。在急性髓性白血病，ACC1 作為Trib1-COP1 復(fù)合體（一種泛素連接酶）的靶標(biāo)；ACC1 突變體，由于缺少trib1 結(jié)合位點(diǎn)而對降解具有抗性，從而減弱Trib1-COP1復(fù)合體驅(qū)動的白血病的發(fā)生［46］。氨基酸是生物合成過程的碳源和氮源，廣泛參與蛋白質(zhì)、核酸、脂類等大分子合成。為滿足腫瘤細(xì)胞的生存和增殖，多種氨基酸的代謝處于失調(diào)狀態(tài)，并在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。谷氨酰胺是除葡萄糖外另一種被腫瘤細(xì)胞大量攝取的營養(yǎng)物質(zhì)，主要通過以下三種途徑促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展：①通過分解產(chǎn)生α-酮戊二酸，進(jìn)入三羧酸循環(huán)中代謝而提供能量；②提供生物大分子合成所必需的原料；③產(chǎn)生還原型谷胱甘肽、NADPH，用以抵抗腫瘤細(xì)胞內(nèi)高水平的活性氧。作為谷氨酰胺分解代謝的第一個酶，谷氨酰胺酶（glutaminase，GLS）由琥珀酰輔酶A 直接介導(dǎo)，在K311 位點(diǎn)上發(fā)生琥珀?；揎?，該修飾促進(jìn)了GLS 由單體向有活性的四聚體的轉(zhuǎn)換，提高了其催化活性，增強(qiáng)了對谷氨酰胺的分解代謝。激活的GLS 增加谷氨酰胺分解和還原性物質(zhì)的產(chǎn)生，從而對抗氧化應(yīng)激，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活和腫瘤生長。在臨床樣本中也發(fā)現(xiàn)，GLS K311 琥珀?；匠收嚓P(guān)，與胰腺導(dǎo)管腺癌患者的臨床分期和不良預(yù)后呈正相關(guān)［47］。腎型谷氨酰胺酶（KGA）對腫瘤的代謝也很重要，其具有兩種剪接變體谷氨酰胺酶C（glutaminase C，GAC）和谷氨酰胺酶M（GAM）。致癌蛋白Rho-C 調(diào)節(jié)的PKC-ε 激酶使GAC 的Ser314 處磷酸化而導(dǎo)致GAC 活性升高；相反，KGA N 末端區(qū)域的Ser95 位點(diǎn)磷酸化便導(dǎo)致KGA 活性降低，從而對腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行調(diào)控［48-49］。谷氨酰胺脫氫酶1（GDH1）催化谷氨酸生成α-酮戊二酸，其S384 位點(diǎn)的磷酸化與人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的惡性程度及預(yù)后相關(guān)［50］。

3 小結(jié)與展望

越來越多的證據(jù)顯示翻譯后修飾對于腫瘤代謝重編程，發(fā)揮著重要的不可替代的作用。相對于包括Myc 和HIF-1/2 激活在內(nèi)的作用比較緩慢的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，翻譯后修飾對代謝的調(diào)節(jié)迅捷而靈活。多種翻譯后修飾對代謝酶的調(diào)節(jié)作用主要包括影響輔助因子的結(jié)合、底物結(jié)合、ATP 的結(jié)合、復(fù)合物整體的形成、活性形式和非活性形式的轉(zhuǎn)化、單體和多聚體的轉(zhuǎn)化、代謝酶本身的降解，以及代謝酶在不同亞細(xì)胞器之間的轉(zhuǎn)位等形式。另外，翻譯后修飾的種類和形式也隨著研究的深入逐步擴(kuò)展，腫瘤細(xì)胞能夠利用不同形式翻譯后修飾之間存在的相互協(xié)同，相互競爭關(guān)系來為腫瘤的存活，增殖和轉(zhuǎn)移提供生長優(yōu)勢。需要指出的是，由于篇幅的限制，本文只局限于腫瘤細(xì)胞本身翻譯后修飾對代謝的重塑，對于腫瘤微環(huán)境中翻譯后修飾如何通過代謝重編程，重新構(gòu)建腫瘤細(xì)胞與免疫細(xì)胞，基質(zhì)細(xì)胞等微環(huán)境中的通訊以及相互作用均沒有涉及。今后的工作需要將蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)方法聯(lián)合運(yùn)用，全方位、多層次、多維度地揭示腫瘤發(fā)生發(fā)展的奧秘，為最終認(rèn)識和治療腫瘤奠定理論基礎(chǔ)。