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作者：桃夭夭
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今天和大家分享的是年6月发表在Nature上的一篇文献。标题是“ThemetabolicfunctionofcyclinD3–CDK6kinaseincancercellsurvival”。
对于细胞周期蛋白和CDK调控细胞增殖、分裂以及与肿瘤发生和演变之间的关系的研究热度一直有增无减，近年来，这一领域的研究结果正在逐步向临床应用转化，相关的肿瘤治疗药物也逐渐进入前临床或者临床研究阶段。本文是关于周期蛋白和CDK的一个新的发现，这一发现对于肿瘤治疗将产生重大影响。
科学假说
D型细胞周期蛋白（D1、D2和D3）以及周期蛋白依赖的蛋白激酶（CDK4和CDK6等）在调节细胞周期和增殖中发挥了重要作用。目前CDK4和CDK6抑制剂用于治疗多种恶性肿瘤的临床研究正在进行。
最近，美国科学家NicholasJ.Dyson和PiotrSicinski率领的团队发现细胞周期蛋白D3-CDK6激酶磷酸化并抑制糖酵解途径中两种关键酶6-磷酸果糖激酶(PFK1)和丙酮酸激酶M2(PKM2)的催化活性，使得糖酵解中间体进入磷酸戊糖（PPP）和丝氨酸途径。
而抑制细胞周期蛋白D3-CDK6可减少PPP和丝氨酸途径的流动，从而消耗抗氧化剂NADPH和谷胱甘肽（GSH），肿瘤组织中活性氧含量增加并引起肿瘤细胞凋亡。研究也表明细胞周期蛋白D3-CDK6通过连接细胞周期和细胞代谢，在不同程度上影响癌细胞生存的属性可用于肿瘤治疗。
结果分析
本文有4张大图：
1、细胞周期蛋白3-CDK6对PFK1和PKM2的调控；
2、抑制细胞周期蛋白3-CDK6后急性T淋巴细胞白血病的代谢变化；
3、人类高表达细胞周期蛋白3-CDK6的肿瘤分析；
4、人类肿瘤异基因移植小鼠对CDK4/6抑制剂的反应。
Fig1.通过肿瘤基因分析找到记性T淋巴细胞白血病（T-ALL）中与CDK6关系最密切的基因类型
研究者首先通过免疫沉淀技术明确人T细胞急性淋巴细胞白血病细胞系（T-ALL)中高表达CDK6，并通过质谱技术明确与CDK6相关的蛋白质。肿瘤基因分析发现与CDK6相关的主要是碳水化合物代谢和糖酵解相关基因，其中，有两种糖代谢酶PFK1和PKM2与CDK6关系最为密切。
这两种酶是催化糖酵解中的关键酶并且已经证明在癌细胞代谢的重编程中也发挥重要作用。
CDK6抑制剂帕博西尼（palbociclib）以及CDK6的过表达或者失活对PFK和PKM的磷酸化以及活性的影响。
研究者首先在体外实验中证实PFK1（PFKP，PFKL和PFKM）和PKM2都能被细胞周期蛋白D3-CDK6磷酸化。磷酸化的酶代谢活性明显降低。
细胞周期蛋白D3-CDK6抑制剂作用的细胞PFK1和PKM2的磷酸化水平明显低于正常水平，甚至比目前已知的细胞周期蛋白D–CDK4/6抑制剂的作用效果更明显，进一步明确了细胞周期蛋白D3-CDK6在糖代谢中的重要作用。
Fig2.CDK6抑制剂对T-ALL代谢的影响
降低糖酵解酶关键酶PFK1和PKM2的活性导致糖酵解中间体磷酸戊糖（PPP）和丝氨酸合成途径。PPP是烟酰胺腺嘌呤还原形式二磷酸核苷酸（NADPH）的主要来源。
而NADPH和GSH是人体清除活性氧的主要机制。于是，研究者用细胞周期蛋白D3-CDK6抑制剂帕博西尼（palbociclib）处理T-ALL，并用13C同位素和质谱分析观察糖代谢的变化。发现磷酸戊糖（PPP）和丝氨酸合成途径的糖代谢明显减少。
a-b.CDK6抑制剂作用后对PPP、丝氨酸途经的影响。
c-e.CDK6抑制剂作用后NADPH、GSH、ROS的变化。
f-h.CDK6抑制剂作用下T-ALL细胞凋亡情况
研究者进一步通过对比帕博西尼（palbociclib）对野生型PFK1和PKM2和突变型PFK1和PKM2处理，野生型的PFK1和PKM2磷酸化水平减低，磷酸戊糖（PPP）和丝氨酸合成途径的糖代谢明显减少，而突变型酶活性和糖代谢无明显变化。说明细胞周期蛋白D3-CDK6对糖代谢的调节主要依赖PFK1和PKM2。体内实验也进一步证实上述结论。
Fig3.人类高表达细胞周期蛋白3-CDK6的肿瘤分析
a-d.酶磷酸化和酶活性的变化。
e-h.NADPH、GSH、ROS、细胞凋亡在CDK6抑制剂作用下的变化。
通过这种机制，细胞周期蛋白D3-CDK6促进NADPH和GSH的产生，有助于中和ROS。抑制细胞周期蛋白D3-CDK6在肿瘤中的作用细胞减少PFK1和PKM2的磷酸化，导致增加这些酶的活性。使糖酵解中间体从磷酸戊糖（PPP）和丝氨酸合成途径减少，NADPH和GSH生产减少，导致ROS增加并引发ROS依赖性细胞凋亡。
Fig4.人类肿瘤异基因移植小鼠对CDK4/6抑制剂的反应。a-b.PFKP和PKM2磷酸化水平、活性、GSH以及SOS水平
这一研究表明，在高表达细胞周期蛋白D3-CDK6的肿瘤中，该激酶调节剂糖代谢物流入PPP和丝氨酸途径。因此，细胞周期蛋白D3-CDK6通过连接细胞周期和代谢的能力，在不同层次影响癌细胞生物学行为。能够抑制影响细胞增殖和细胞代谢并引发肿瘤细胞凋亡，因此。细胞周期蛋白D3-CDK6多方面作用使其成为极具吸引力一种癌症治疗的目标。
套路分析
研究者首先通过GO分析法明确在T-ALL中与细胞周期蛋白D3-CDK6相关性最强的代谢酶，然后通过磷酸化分析明确细胞周期蛋白D3-CDK6对PFK1和PKM2磷酸化调节方式。
明确调节方式后，研究者通过对细胞周期蛋白D3-CDK6过表达和抑制的方式研究其对PFK1和PKM2磷酸化强度以及对其活性的调节程度。
明确了细胞周期蛋白D3-CDK6通过磷酸化PFK1和PKM2的方式对两种酶活性有显著影响之后，研究者进一步通过检测两种酶的代谢产物NADPH和GSH的方式研究细胞周期蛋白D3-CDK6对两种酶功能的影响，明确细胞周期蛋白D3-CDK6通过对上述两种酶的调节影响细胞代谢，甚至影响细胞凋亡之后。
最后通过动物体内种植人体肿瘤并给与细胞周期蛋白D3-CDK6抑制剂，研究抑制剂对细胞凋亡的影响，明确细胞周期蛋白D3-CDK6在肿瘤治疗中的重要意义。
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