中国学者发现新型PGAM1抑制剂HKB99强效抑制非小细胞肺癌
PGAM1(磷酸甘油酸突变酶1) 在有氧糖酵解过程中通过催化糖酵解通路中3-磷酸甘油酸(3-PG)转化生成2-磷酸甘油酸(2-PG),促进葡萄糖代谢和能量生成。PGAM1通过调节3-PG与2-PG的转化平衡来影响其他代谢通路,参与细胞内生物大分子合成和维持氧化还原稳态,促进肿瘤细胞增殖及转移。PGAM1在肺癌、尿路上皮膀胱癌和肝细胞癌中显著上调，此外非小细胞肺癌（NSCLC）患者中PGAM1表达增加预示着预后不良。
2019年10月10日上海交通大学医学院沈瑛副研究员联合复旦大学药学院周璐副教授和上海中医药大学陈红专教授研究团队在《Cell Metabolism》杂志在线发表论文A Novel Allosteric Inhibitor of Phosphoglycerate Mutase 1 Suppresses Growth and Metastasis of Non-Small-Cell Lung Cancer发现了一种新型PGAM1变构抑制剂HKB99，可以抑制非小细胞肺癌的肿瘤生长。
研究团队先前发现PGMI-004A是PGAM1的强抑制剂，在本次研究中发现PGMI-004A的三氟苯基部分与底物3-PG重叠，这解释了PGMI-004A对3-PG的部分竞争机制。但是由于3-PG是表达丰富的代谢产物，竞争性抑制PGAM1本身可能会削弱PGAM1抑制剂的功效。研究人员发现现非小细胞癌细胞中HKB99促进3-PG的水平，而降低了2-PG的产生。细胞实验发现HKB99可与PGAM1稳定结合。研究人员进一步在F22A，K100H，R116H和R191H等4个变构位点进行突变，形成4种突变的PGAM1，发现HKB99对突变的PGAM1的抑制作用大大减弱，这表明这些残基对于HKB99结合至关重要。此外HKB99可以逆转磺酰胺进而避免与3-PG形成竞争HKB99可以抑制非小细胞癌细胞的分化，这种抑制作用大约是PGMI-004A的8-22倍。这些结果表明HKB99是PGAM1的强抑制剂。
Kaplan-Meier生存分析结果表明PGAM1高表达与NSCLC患者预后差相关，这与之前的研究结果一致。研究人员采用评估细胞增殖的“金标准”clonogenic assay技术发现HKB99可以显著降低非小细胞癌细胞的克隆形成，随着剂量的增加，这种形成几乎消失。同时，较低浓度的HKB99迅速破坏非小细胞肺癌细胞的虫足样结构，影响癌细胞的迁移过程。研究表明在乳腺癌中PGAM1促进细胞转移并不依赖于自身代谢活性，主要是通过残基与ACTA2相互作用。由于PGAM1的201-210个氨基酸残基与HKB99相互作用的R191相邻，因此研究团队成员推测HKB99可能通过变构结合影响PGAM1与ACTAA2的相互作用。免疫共沉淀（coIP）结果发现在非小细胞癌细胞中HKB99抑制了PGAM1和ACTA2的相互作用。这些结果表明HKB99可以抑制肺癌细胞的增殖和分化过程。
此外，HKB99可显著恢复非小细胞癌细胞对厄洛替尼（非小细胞肺癌的三线治疗药物）的敏感性。研究人员进一步在异位移植肿瘤动物模型上发现HKB99可以抑制肿瘤的生长。HKB99与厄洛替尼联合使用存在协同作用，可以更好的诱导肿瘤细胞坏死。
HKB99是通过什么抑制细胞增殖，诱导细胞死亡的？团队成员利用RNA测序方法分析经过HKB99处理后的非小细胞癌细胞的转录组学特征，它们发现在变化超过2倍以上的111个基因中，MAPK信号通路相关基因变化最明显。c-Jun N末端蛋白激酶和c-Jun蛋白的磷酸化水平表达上调，而c-Jun总水平也增加了。令人意外的是，凋亡标记物Caspase3和Cl-PARP的表达也增加，这种增加可被JNK抑制剂阻断。由于PGAM1参与抗氧化反应和DNA损伤修复，因此研究人员将目光聚焦在细胞内活性氧（ROS）的水平，发现在短期内给与HKB99处理后促进ROS水平升高，长期给与会引起细胞凋亡，这些作用均可被ROS清除剂阻断。因此研究人员认为HKB99可能通过JNK/c-Jun信号通路引起胞内ROS进而引起细胞凋亡。
总的来说，本文发现了一种新型PGAM1抑制剂HKB99，该抑制剂会变构地阻断PGAM1的结构，从而影响其催化作用和ACTA2相互作用。HKB99通过影响PGAM1的代谢活性和非代谢功能显著抑制体内非小细胞肺癌的生长和转移。
