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当前，癌症依旧严重威胁着人类健康。据2015年世界卫生组织对全球172个国家人口死因的数据统计，癌症是其中91个国家人口过早死亡(70岁前)的首要或次要原因，是另外22个国家人口过早死亡的第三或第四原因。2018年，结肠癌成为全球发病率排行第四，致死率排行第五的癌症。
许多肿瘤细胞，即使是在氧气充足的条件下，也会优先通过糖酵解途径，而不是经线粒体三羧酸(Tricarboxylic acid，TCA)循环代谢葡萄糖，这一现象被称为瓦尔堡效应(Warburg effect)，是由德国诺贝尔医学奖获得者瓦尔堡于上世纪30年代提出。瓦尔堡效应对肿瘤的生长和发展至关重要，当前，研究者普遍认为肿瘤细胞为满足自身的生长和增殖需求，通过代谢重编程增强胞内糖酵解并抑制TCA循环，从而大量快速地消耗葡萄糖。然而，肿瘤细胞在快速增殖过程中协调糖酵解和TCA循环的具体机制仍不得而知。
磷酸甘油酸激酶(Phosphoglycerate kinase，PGK)，是细胞糖酵解途径中的重要代谢酶，它能可逆地催化1,3-二磷酸甘油酸1位上的高能磷酸键转移到ADP上，生成ATP和3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate，3-PG)，这也是糖酵解途径中第一个有ATP产生的步骤。根据瓦尔堡效应判断，PGK对肿瘤细胞的代谢至关重要。PGK有两种亚型，PGK1和PGK2。PGK1广泛存在于绝大多数的细胞中，并且PGK1的表达水平在多种肿瘤细胞中均出现上调，而PGK2仅存在于减数分裂和减数分裂后的精原细胞。
O连接的N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAC)修饰是一种蛋白翻译后修饰，发生于蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基上，O-GlcNAc修饰与其它糖基化修饰不同，它能根据不同的环境刺激在细胞的任何位置发生或移除。当前已有超过3000种存在O-GlcNAc修饰的蛋白被鉴定出来，而O-GlcNAc转移酶(O-GlcNAc transferase，OGT)和O-GlcNAc水解酶(O-GlcNAcase，OGA)是分别介导O-GlcNAc糖链添加或移除的两种酶。被O-GlcNAc修饰的蛋白包括转录因子，细胞信号传导蛋白，代谢酶等，因此O-GlcNAc修饰参与许多重要的生物进程，如转录，代谢，信号传导，自噬等。另外，大多数肿瘤细胞中O-GlcNAc水平较正常细胞普遍偏高，O-GlcNAc修饰能从多层面支持肿瘤细胞的生存与增殖，因此高水平的O-GlcNAc也被作为肿瘤细胞的一个重要的生物学标志。
本文中我们发现，PGK1第255位置上的苏氨酸(Threonine 255，T255)能被O-GlcNAc动态修饰，且这种糖基化修饰能增强其作为代谢酶的活性，从而增强糖酵解途径，增加乳酸产量，同时T255O-GlcNAc修饰能诱导PGK1发生从胞质到线粒体的易位。在线粒体中，PGK1发挥激酶作用，它能磷酸化并激活丙酮酸脱氢酶激酶1(Pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDHK1)，活化的PDHK1进一步磷酸化并抑制下游丙酮酸脱氢酶(Pyruvate dehydrogenase，PDH)复合物，导致线粒体中丙酮酸的代谢受到阻遏，并抑制整个TCA循环。阻断PGK1上T255O-GlcNAc修饰会导致瓦尔堡效应受到抑制，从而在体外实验和裸鼠模型中抑制结肠癌细胞的增殖。此外，我们还在收集到的结肠癌病人肿瘤样本中发现，癌变组织中PGK1的糖基化水平较周边正常组织显著升高。因此我们得出结论，PGK1的O-GlcNAc修饰能增强糖酵解并抑制TCA循环，从而增强瓦尔堡效应，促进肿瘤细胞的增殖。
肿瘤细胞的代谢与正常细胞存在差异，在近年的临床和临床前研究中，将这些差异作为靶点已成为肿瘤治疗策略研究的热点。而本文的实验结果为将代谢酶PGK1和O-GlcNAc作为抗肿瘤潜在靶点提供了新的思路和理论基础；同时也是本实验室对代谢酶O-GlcNAc修饰调控肿瘤生长研究中的重要一环。
许多肿瘤细胞，即使是在氧气充足的条件下，也会优先通过糖酵解途径，而不是经线粒体三羧酸(Tricarboxylic acid，TCA)循环代谢葡萄糖，这一现象被称为瓦尔堡效应(Warburg effect)，是由德国诺贝尔医学奖获得者瓦尔堡于上世纪30年代提出。瓦尔堡效应对肿瘤的生长和发展至关重要，当前，研究者普遍认为肿瘤细胞为满足自身的生长和增殖需求，通过代谢重编程增强胞内糖酵解并抑制TCA循环，从而大量快速地消耗葡萄糖。然而，肿瘤细胞在快速增殖过程中协调糖酵解和TCA循环的具体机制仍不得而知。
磷酸甘油酸激酶(Phosphoglycerate kinase，PGK)，是细胞糖酵解途径中的重要代谢酶，它能可逆地催化1,3-二磷酸甘油酸1位上的高能磷酸键转移到ADP上，生成ATP和3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate，3-PG)，这也是糖酵解途径中第一个有ATP产生的步骤。根据瓦尔堡效应判断，PGK对肿瘤细胞的代谢至关重要。PGK有两种亚型，PGK1和PGK2。PGK1广泛存在于绝大多数的细胞中，并且PGK1的表达水平在多种肿瘤细胞中均出现上调，而PGK2仅存在于减数分裂和减数分裂后的精原细胞。
O连接的N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAC)修饰是一种蛋白翻译后修饰，发生于蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基上，O-GlcNAc修饰与其它糖基化修饰不同，它能根据不同的环境刺激在细胞的任何位置发生或移除。当前已有超过3000种存在O-GlcNAc修饰的蛋白被鉴定出来，而O-GlcNAc转移酶(O-GlcNAc transferase，OGT)和O-GlcNAc水解酶(O-GlcNAcase，OGA)是分别介导O-GlcNAc糖链添加或移除的两种酶。被O-GlcNAc修饰的蛋白包括转录因子，细胞信号传导蛋白，代谢酶等，因此O-GlcNAc修饰参与许多重要的生物进程，如转录，代谢，信号传导，自噬等。另外，大多数肿瘤细胞中O-GlcNAc水平较正常细胞普遍偏高，O-GlcNAc修饰能从多层面支持肿瘤细胞的生存与增殖，因此高水平的O-GlcNAc也被作为肿瘤细胞的一个重要的生物学标志。
本文中我们发现，PGK1第255位置上的苏氨酸(Threonine 255，T255)能被O-GlcNAc动态修饰，且这种糖基化修饰能增强其作为代谢酶的活性，从而增强糖酵解途径，增加乳酸产量，同时T255O-GlcNAc修饰能诱导PGK1发生从胞质到线粒体的易位。在线粒体中，PGK1发挥激酶作用，它能磷酸化并激活丙酮酸脱氢酶激酶1(Pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDHK1)，活化的PDHK1进一步磷酸化并抑制下游丙酮酸脱氢酶(Pyruvate dehydrogenase，PDH)复合物，导致线粒体中丙酮酸的代谢受到阻遏，并抑制整个TCA循环。阻断PGK1上T255O-GlcNAc修饰会导致瓦尔堡效应受到抑制，从而在体外实验和裸鼠模型中抑制结肠癌细胞的增殖。此外，我们还在收集到的结肠癌病人肿瘤样本中发现，癌变组织中PGK1的糖基化水平较周边正常组织显著升高。因此我们得出结论，PGK1的O-GlcNAc修饰能增强糖酵解并抑制TCA循环，从而增强瓦尔堡效应，促进肿瘤细胞的增殖。
肿瘤细胞的代谢与正常细胞存在差异，在近年的临床和临床前研究中，将这些差异作为靶点已成为肿瘤治疗策略研究的热点。而本文的实验结果为将代谢酶PGK1和O-GlcNAc作为抗肿瘤潜在靶点提供了新的思路和理论基础；同时也是本实验室对代谢酶O-GlcNAc修饰调控肿瘤生长研究中的重要一环。