第四军医大学唐都医院张涛、苏海川及药学院张峰等在MedScience发表研究论文《ING5通过促进TIE1介导的丙酮酸脱氢酶激酶1第163位酪氨酸磷酸化，抑制肺癌细胞的有氧糖酵解》（ING5 inhibits aerobic glycolysis of lung cancer cells by promoting TIE1-mediated phosphorylation of pyruvate dehydrogenase kinase 1 at Y163）。本研究表明，生长抑制因子5（ING5）通过上调酪氨酸激酶TIE1促进丙酮酸脱氢酶激酶1（PDK1）的Y163位点磷酸化，此磷酸化负调控PDK1活性并激活丙酮酸脱氢酶E1亚基α1（PDHA1），从而逆转肺癌细胞的Warburg效应，抑制其增殖、侵袭及转移。

肺癌是全球范围内导致癌症相关死亡的首要原因，转移是其高死亡率的核心因素。肿瘤代谢重编程作为癌症的关键特征之一，其中Warburg效应尤为突出——即使在氧气充足的条件下，肿瘤细胞仍优先通过糖酵解获取能量，而非高效的氧化磷酸化。丙酮酸脱氢酶激酶1（PDK1）是调控这一代谢转换的关键酶，它通过磷酸化丙酮酸脱氢酶E1亚基α1（PDHA1）抑制其活性，阻止丙酮酸进入线粒体进行氧化磷酸化，从而促进糖酵解。此前研究表明，生长抑制因子5（ING5）作为肿瘤抑制因子家族成员，能抑制肺癌细胞的侵袭和上皮间质转化（EMT），但它是否参与肺癌细胞的代谢重编程及具体机制仍有待探索。

第四军医大学唐都医院张涛、苏海川及药学院张峰等系统探讨了生长抑制因子5对肺癌细胞代谢重编程的调控机制。研究通过多种实验技术，从分子、细胞到动物水平，揭示了生长抑制因子5通过调控丙酮酸脱氢酶激酶1的磷酸化状态逆转Warburg效应并抑制肺癌进展的通路。

研究团队首先对生长抑制因子5过表达的A549肺癌细胞进行定量磷酸化蛋白质组学分析，鉴定到3647个磷酸化位点，其中丙酮酸脱氢酶激酶1的Y163位点磷酸化水平上调13.847倍（图1）。为验证这一位点的临床意义，他们分析了98例肺腺癌患者的组织样本，发现肿瘤组织中磷酸化丙酮酸脱氢酶激酶1 Y163的水平显著低于癌旁组织，且低表达与患者不良预后相关（图2）。

图1.ING5过表达后的磷酸化蛋白质组定量分析

图2.Y163是PDK1中一个新的磷酸化位点，由ING5过表达上调，且与肺癌患者的良好预后呈正相关

为探究磷酸化丙酮酸脱氢酶激酶1 Y163的功能，研究团队开展了一系列细胞实验。结果显示，生长抑制因子5过表达能显著促进丙酮酸脱氢酶激酶1 Y163的磷酸化，进而导致丙酮酸脱氢酶E1亚基α1的去磷酸化激活，增加细胞氧消耗和氧化磷酸化水平，同时降低乳酸生成和糖酵解活性（图3）。相反，当丙酮酸脱氢酶激酶1的Y163位点突变为苯丙氨酸（模拟去磷酸化状态）时，生长抑制因子5对代谢的调控作用被完全逆转：丙酮酸脱氢酶E1亚基α1磷酸化水平升高，氧化磷酸化减弱，糖酵解增强。此外，该突变还削弱了生长抑制因子5对肺癌细胞增殖、克隆形成、迁移和侵袭的抑制效果，并逆转其对上皮间质转化的调控——上皮标志物E-钙黏蛋白表达降低，间质标志物N-钙黏蛋白表达升高。

图3.Y163磷酸化负调控PDK1激酶活性，且是ING5逆转Warburg效应所必需的

在动物实验中，研究团队构建了裸鼠皮下移植瘤模型，发现生长抑制因子5过表达的肿瘤体积显著小于对照组，而丙酮酸脱氢酶激酶1 Y163F突变则恢复了肿瘤生长速度。生存分析显示，接种生长抑制因子5过表达细胞的裸鼠生存期更长，Y163F突变组生存期明显缩短。尾静脉注射模型结果显示，生长抑制因子5过表达组肺转移灶数量显著减少，Y163F突变组转移灶数量与对照组无显著差异（图4）。

图4.PDK1 Y163磷酸化是ING5抑制肺癌细胞体外和体内侵袭性所必需的

为揭示生长抑制因子5调控丙酮酸脱氢酶激酶1 Y163磷酸化的上游机制，研究团队通过酪氨酸激酶siRNA文库筛选发现，生长抑制因子5能上调酪氨酸激酶TIE1的表达（图5）。体外激酶实验证实，TIE1可直接磷酸化丙酮酸脱氢酶激酶1的Y163位点；敲低TIE1则显著降低了该位点的磷酸化水平，并逆转生长抑制因子5对肺癌细胞侵袭的抑制作用（图6）。免疫荧光和透射电镜结果显示，TIE1主要定位于细胞质和线粒体，为其与丙酮酸脱氢酶激酶1的相互作用提供了空间基础。

图5.TIE1被鉴定为ING5上调的抗肿瘤酪氨酸蛋白激酶（TPK）

图6.TIE1直接在Y163位点磷酸化PDK1，这一过程由ING5促进

本研究揭示了生长抑制因子5通过上调TIE1促进丙酮酸脱氢酶激酶1 Y163位点磷酸化，进而抑制丙酮酸脱氢酶激酶1活性、激活丙酮酸脱氢酶E1亚基α1、逆转Warburg效应的分子机制。这一发现丰富了肺癌代谢重编程的调控网络，为肺癌治疗提供了潜在靶点——通过靶向生长抑制因子5-TIE1-丙酮酸脱氢酶激酶1 Y163通路，有望逆转肿瘤细胞异常代谢，抑制其增殖和转移。此外，磷酸化丙酮酸脱氢酶激酶1 Y163作为潜在预后标志物，也为肺癌患者临床评估提供了新的参考指标。（来源：EngineeringJournals微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s11684-024-1057-7