非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）是導(dǎo)致癌癥相關(guān)死亡的最常見原因，在NSCLC的各種病理類型中，肺腺癌（LUAD）已成為主要的類型，盡管LUAD治療不斷取得進(jìn)展，但療效仍然微乎其微。因此，確定一個(gè)明確的LUAD診斷和預(yù)后評(píng)估的生物學(xué)標(biāo)志物是至關(guān)重要的。

2024年10月1日，蘇北人民醫(yī)院在Cancer Letters（IF=9.1）上發(fā)表題為“6-Phosphogluconate dehydrogenase promotes glycolysis and fatty acid synthesis by inhibiting the AMPK pathway in lung adenocarcinoma cells”的研究文章。本文研究表明，PGD在LUAD中上調(diào)，并抑制AMPK通路，從而增強(qiáng)糖酵解和脂肪酸合成，促進(jìn)腫瘤的惡性進(jìn)展。因此，靶向PGD是治療LUAD的一種潛在的治療策略。該研究成果中拜譜生物為其提供蛋白互作組的檢測(cè)與分析。

文章名稱：6-Phosphogluconate dehydrogenase promotes glycolysis and fatty acid synthesis by inhibiting the AMPK pathway in lung adenocarcinoma cells（Cancer Letters，IF=9.1，2024.10）

客戶單位：蘇北人民醫(yī)院

研究材料：IP beads

拜譜提供技術(shù)：蛋白互作組分析

技術(shù)路線：

研究結(jié)果

磷酸戊糖途徑（PPP）在LUAD中被顯著激活

從6例LUAD患者中收集了1份正常組織樣本和12份腫瘤組織樣本進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序，注釋有T細(xì)胞、髓系細(xì)胞、上皮細(xì)胞、B細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和肥大細(xì)胞（圖1A-C），其中上皮細(xì)胞，分為15個(gè)簇，根據(jù)CNV（拷貝數(shù)變異）將其分為正常類別和腫瘤類別(圖1D-F)。在惡性上皮細(xì)胞亞群內(nèi)，PPP中的基因顯著上調(diào)（圖1G），且在上皮細(xì)胞從良性狀態(tài)向惡性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中，PPP中限速酶（PGD、G6PD、TALDO1和TKT）的表達(dá)水平逐漸升高（圖1H-I）。這些發(fā)現(xiàn)表明，PPP在LUAD的腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。

圖1 磷酸戊糖途徑（PPP）在LUAD中被顯著激活

(圖源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

PGD在LUAD中高表達(dá)，并與不良預(yù)后相關(guān)

分析568例LUAD患者和545例LUSC患者的TCGA數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)PPP在LUSC和LUAD樣本中顯著富集（圖2A-B），且四種限速酶（PGD、G6PD、TALDO1和TKT）的表達(dá)均顯著升高（圖2C），在LUAD患者中，PGD的高表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)。

構(gòu)建組織芯片（TMA）對(duì)PGD進(jìn)行染色，證實(shí)：在LUAD和LUSC患者的癌變組織中，PGD的表達(dá)量高于配對(duì)的正常組織。小鼠原位LUAD模型腫瘤和鄰近正常組織IHC結(jié)果進(jìn)一步證明，揭示PGD可能作為L(zhǎng)UAD的致癌基因，加速LUAD的進(jìn)展（圖2I）。

圖2 PGD在LUAD中高表達(dá)，并與不良預(yù)后相關(guān)

圖源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

PGD促進(jìn)LUAD細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲

LUAD細(xì)胞中PGD的蛋白水平高于人正常肺支氣管上皮細(xì)胞。構(gòu)建敲除和過表達(dá)PGD細(xì)胞系，CCK-8證明PGD促進(jìn)LUAD細(xì)胞增殖（圖A-D），體外遷移和侵襲實(shí)驗(yàn)證明PGD促進(jìn)LUAD細(xì)胞轉(zhuǎn)移（圖3F-G）;

PGD抑制劑處理LUAD細(xì)胞，細(xì)胞活力劑量依賴性下降（圖3H），且抑制其集落形成（圖3I），降低其遷移和侵襲能力（圖3K-L）。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)，敲除PGD顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)（圖3M-P）。

圖3 PGD促進(jìn)LUAD細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲

(圖源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

抑制PGD可降低酶活性，抑制糖酵解和脂肪酸合成

PGD敲除或抑制劑處理，降低細(xì)胞NADPH/NADP+比值(圖4D），增加ROS水平（圖4A-C）。KEGG發(fā)現(xiàn)PGD-high細(xì)胞在脂肪細(xì)胞因子信號(hào)通路和糖酵解通路中顯著富集（圖4E）。且敲除PGD顯著抑制了乳酸的產(chǎn)生，降低糖酵解能力（圖4F-G），Oil Red O染色顯示，PGD顯著促進(jìn)了細(xì)胞的脂質(zhì)積累（圖4H）。這些發(fā)現(xiàn)提示PGD可能促進(jìn)糖酵解和脂質(zhì)代謝來驅(qū)動(dòng)LUAD的進(jìn)展。

圖4 抑制PGD可降低酶活性，抑制糖酵解和脂肪酸合成

(圖源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

PGD通過與IQGAP1競(jìng)爭(zhēng)性地相互作用來抑制AMPK通路的激活

抑制PGD，LUAD細(xì)胞中的p-AMPK水平顯著升高（圖5A），利用蛋白互作組檢測(cè)PGD互作蛋白（圖5B-C），從中篩選出可以調(diào)控AMPK通路的關(guān)鍵蛋白IQGAP1（圖5D），co-IP、免疫熒光染色證實(shí)了PGD與IQGAP1相互作用（圖5E-G）。且發(fā)現(xiàn)PGD通過與IQGAP1其IQ域競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，阻止其與AMPKα結(jié)合而抑制AMPK磷酸化（圖5H-J）。

圖5 PGD通過與IQGAP1競(jìng)爭(zhēng)性地相互作用來抑制AMPK通路的激活

(圖源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

抑制AMPK通路可以恢復(fù)PGD敲除誘導(dǎo)的抗癌作用

敲除PGD能抑制LUAD細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，這種作用能被AMPK抑制劑逆轉(zhuǎn)（圖6A-D），而且敲除PGD所抑制糖酵解和脂肪酸合成，同樣能被AMPK抑制劑逆轉(zhuǎn)（圖6E-H）。

圖6 抑制AMPK通路可以恢復(fù)PGD敲除誘導(dǎo)的抗癌作用

(圖源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

PGD具有作為一種新的、有效的LUAD治療靶點(diǎn)的潛力

PGD特異性抑制劑與二甲雙胍聯(lián)合使用對(duì)體外腫瘤生長(zhǎng)有協(xié)同抑制作用（圖7B），且在腫瘤異種移植研究中得到證實(shí)（圖7C-E）。另外該組合表現(xiàn)出最顯著的AMPK通路激活（圖7F），綜上所述，PGD及其下游AMPK通路是治療LUAD的潛在新靶點(diǎn)。

圖7 PGD具有作為一種新的、有效的LUAD治療靶點(diǎn)的潛力

(圖源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

文章小結(jié)

異常代謝已成為癌癥的一個(gè)顯著特征，在肺腺癌（LUAD）的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。在這項(xiàng)研究中，單細(xì)胞測(cè)序揭示，在惡性上皮細(xì)胞亞群的惡性進(jìn)展過程中，代謝酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（PGD）顯著上調(diào)；體外和體內(nèi)分析發(fā)現(xiàn)，PGD敲除或抑制其活性可抑制LUAD細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲；TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)分析和LUAD組織芯片數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)PGD上升，并且與LUAD患者的不良預(yù)后密切相關(guān)，可作為潛在治療靶點(diǎn)。

拜譜小結(jié)

研究首次揭示肺腺癌中IQGAP1是PGD的強(qiáng)有力的新型相互作用蛋白。PGD通過與已知的AMPKα結(jié)合伴侶IQGAP1的IQ域競(jìng)爭(zhēng)性相互作用，降低了p-AMPK的水平，從而促進(jìn)了LUAD細(xì)胞的糖酵解和脂肪酸合成。該研究成果中拜譜生物為其提供蛋白互作組的檢測(cè)與分析。拜譜生物已研發(fā)完成并建立了完善成熟的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)以及多組學(xué)聯(lián)合產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)體系，歡迎致電咨詢！

參考文獻(xiàn)：

Wu J, Chen Y, Zou H, Xu K, Hou J, Wang M, Tian S, Gao M, Ren Q, Sun C, Lu S, Wang Q, Shu Y, Wang S, Wang X. 6-Phosphogluconate dehydrogenase promotes glycolysis and fatty acid synthesis by inhibiting the AMPK pathway in lung adenocarcinoma cells. Cancer Lett. 2024 Oct 1;601:217177. doi: 10.1016/j.canlet.2024.217177