【摘 要】
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肿瘤发生机制的研究是生命科学领域的热点之一。肿瘤代谢的改变是肿瘤的主要特征之一,因此,研究肿瘤细胞的能量代谢机制对于研究肿瘤的发生机制及治疗具有重要的意义。丙酮酸脱氢酶（Pyruvate dehydrogenase complex,PDH）是一种连接糖酵解与氧化磷酸化的关键酶,其活性在多种肿瘤细胞中出现异常改变。有研究表明,P32与细胞自噬及氧化磷酸化等过程密切相关,通过与PDH的相互作用影响细胞
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肿瘤发生机制的研究是生命科学领域的热点之一。肿瘤代谢的改变是肿瘤的主要特征之一,因此,研究肿瘤细胞的能量代谢机制对于研究肿瘤的发生机制及治疗具有重要的意义。丙酮酸脱氢酶（Pyruvate dehydrogenase complex,PDH）是一种连接糖酵解与氧化磷酸化的关键酶,其活性在多种肿瘤细胞中出现异常改变。有研究表明,P32与细胞自噬及氧化磷酸化等过程密切相关,通过与PDH的相互作用影响细胞能量代谢方式,将糖酵解转化为氧化磷酸化。由于丙酮酸脱氢酶激酶 1（Pyruvate dehydrogenase kinase 1,PDK1）是 PDH 的磷酸化激酶,也是糖酵解与氧化磷酸化的关键节点激酶,参与调节肿瘤细胞中Warburg效应的发生,因此,PDK1在肿瘤细胞能量代谢中发挥着重要的作用,但相关机制并不是十分清楚。为了探索PDK1参与肿瘤细胞能量代谢的机制,本课题将以肝癌细胞系HepG2为模型,通过以下几个方面进行相关实验研究,并取得了相应的实验结果。1.PDK1对HepG2细胞能量代谢的影响:使用PDK1的抑制剂二氯乙酸（Dichloroacetic acid,DCA）处理HepG2后,结果表明:细胞活力出现了一定程度的下降,HepG2细胞增殖减少;葡萄糖消耗量极显著升高,乳酸含量极显著降低;ATP含量显著升高,细胞产生的能量增加;G6PDH的活性及NADPH的含量均无明显变化。这些结果提示:PDK1的活性被抑制后,能够在一定程度上影响HepG2细胞的无氧酵解,提高细胞氧化呼吸水平。2.PDK1对HepG2细胞中P32和PDH水平及其在细胞内分布的影响:使用PDK1的抑制剂DCA处理HepG2后,结果表明.:HepG2细胞中PDH及其磷酸化pPDHA1（Ser293）的蛋白水平发生了变化,提示PDK1下游蛋白PDH被激活,HepG2细胞的代谢方式被部分逆转为氧化磷酸化。P32的蛋白表达水平发生变化,P32在线粒体中定位增加且与PDH的共定位增加。以上结果说明P32与PDH的相互作用与PDH的去磷酸化有关,其细胞定位的改变与PDK1的活性存在一定关系。3.PDK1对HepG2细胞线粒体形态的影响:使用PDK1的抑制剂DCA处理HepG2后,结果表明:HepG2细胞中线粒体融合蛋白（Mitofusin 2,Mfn2）的水平显著上升,线粒体分裂蛋白（Dynamin-related protein 1,Drp1）的水平极显著下降,表明PDK1通过调节PDH的活性控制氧化磷酸化的进程,还对线粒体的形态改变具有影响作用。提示PDK1对氧化磷酸化进程具有多重调节作用,可以通过影响线粒体分裂融合的平衡从而改变细胞氧化磷酸化水平。4.PDK1对HepG2细胞凋亡的影响:使用PDK1的抑制剂DCA处理HepG2后,结果表明:HepG2细胞中细胞凋亡相关蛋白Cleaved Caspase9,Cleaved Caspase3和Bax（Bcl-2 associated X protein）的水平均表现为先降低后升高的趋势,表明PDK1的活性被抑制后,HepG2细胞的凋亡增加。综上所述,PDK1作为PDH的激酶,可以调控细胞从无氧酵解到有氧呼吸过程的转换,抑制其活性可以提高细胞氧化呼吸水平;P32,PDK1与PDH存在相互作用,P32与PDH的相互作用与PDH的去磷酸化有关,P32细胞定位的改变与PDK1的活性有一定关系;结合三者定位情况推测三者共同参与了线粒体氧化磷酸化过程。即PDK1通过调节PDH的活性控制氧化磷酸化的进程,还通过对线粒体分裂融合的影响改变线粒体形态从而影响氧化磷酸化水平,PDK1对有氧呼吸进程具有多重调节作用;PDK1被抑制后细胞凋亡水平升高,说明线粒体内源性的细胞凋亡与氧化磷酸化和线粒体形态密切相关,肿瘤细胞的生长的逆转与线粒体分裂融合平衡有一定的关系。本课题研究结果为阐明PDK1调节肿瘤细胞能量代谢的机制研究奠定了重要基础,同时也为基于靶向肿瘤代谢的肿瘤治疗提供了新的理论依据。
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