结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)是全世界最常见的癌症之一,每年新诊断出的病例介于一百万到两百万之间,因此CRC成为全球第三大常见的癌症,也是死亡率第四高的癌症,导致每年超过700,000例死亡病例,仅次于肺癌、肝癌和胃癌。从性别上来看,CRC是女性中第二常见的癌症(9.2%),是男性中第三常见的癌症(10%)。PGAM5是一种在蛋白丝氨酸或苏氨酸(ser/thr)位点去磷酸化修饰的磷酸酶,参与多条代谢通路的调控且与肿瘤的发生密切相关,但是相关的深入研究还比较少。苹果酸酶(Malic enzymes)参与连接合成代谢与分解代谢。苹果酸酶使用NAD或NADP作为必需的辅因子分别将苹果酸氧化脱羧为丙酮酸,从而生成NADH或NADPH。在哺乳动物中发现了几种形式的苹果酸酶,包括细胞质中的苹果酸酶ME1,线粒体中的苹果酸酶ME2/3。因为ME1定位于细胞质中,它通过NADPH将糖酵解的分解代谢途径和柠檬酸循环与脂肪酸和胆固醇生物合成的合成代谢途径联系起来。为了研究磷酸酶在结直肠癌变中的作用,我们首先分析了324个已知磷酸酶在TCGA数据库382例CRC中的表达情况,结果表明,54个磷酸酶基因在CRC中普遍上调(1.6倍阈值)。接下来,我们分析了这些磷酸酶在人类蛋白图谱数据库(HPA)中CRC样本内的蛋白表达情况。分析发现,在所有肿瘤样本中,只有PPM1G和PGAM5显著高表达。在数种不同的CRC细胞系中敲低PGAM5与PPM1G表达水平,观察癌细胞的增殖情况,发现敲低PGAM5表达显著抑制细胞的增殖,而PPM1G的表达水平则对癌细胞的表型无明显影响。我们分别分析了TCGA数据库与HPA数据库中PGAM5在不同肿瘤中的转录水平与蛋白表达水平,分析结果表明PGAM5在CRC中显著高表达。紧接着我们分别分析了TCGA数据库与GEO数据库中的CRC组织样本与配对/非配对的癌旁组织样本,分析结果表明,相对于癌旁组织,PGAM5在结直肠癌组织中高表达。我们收集并分析了来自武汉华中科技大学同济医学院附属协和医院(Wuhan Union Hospital)的31例配对结直肠癌组织中的PGAM5基因表达量,与我们之前的分析一致,PGAM5在结直肠癌中高表达。分析了TCGA数据库中对应样本的临床信息,发现PGAM5的表达量与病人的生存周期呈负相关。我们构建了PGAM5磷酸酶位点失活型突变体(H105A)作为实验组,在敲低PGAM5的CRC细胞系中分别过表达PGAM5-WT/H105A,结果发现过表达PGAM5-WT可以回复细胞增殖能力,而过表达PGAM5-H105A则对细胞表型无显著影响。研究证实了确实是PGAM5磷酸酶活性影响癌细胞的增殖分裂。为了探究我们猜想的合理性,本研究分别构建了化学药物AOM/DSS诱导的CRC小鼠模型(AOM/DSS CRC)与自发型CRC小鼠模型(Apc Min/+CRC)模拟诱发性与自发性CRC患者。实验通过q-PCR与Western blot分别检测了两种动物模型中PGAM5基因的表达量,与我们之前实验分析结果一致,PGAM5在CRC中高表达。为了探究PGAM5作为治疗靶点的科学性,我们分别在两种肿瘤模型中敲低PGAM5的表达量,实验结果发现敲低PGAM5的表达显著衰减脂代谢,抑制结直肠癌的发展。本研究发现,PGAM5在结直肠癌中高表达,下调PGAM5的表达下调脂代谢水平,抑制了CRC的发展。实验结果表明PGAM5或许是一个治疗CRC患者的一个潜在靶点,为CRC的治疗提供了分子依据。