靶向 PGM3 打破 SREBP-1 激活 - 己糖胺合成反馈调节，有效抑制脑肿瘤生长的关键研究

时间：2025年4月19日

来源：SCIENCE ADVANCES

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为解决脑胶质瘤（GBM）治疗靶点不明确的问题，研究人员开展了针对己糖胺合成途径关键酶的研究。结果发现靶向 PGM3 可破坏 SREBP-1 激活 - 己糖胺合成的正反馈调节，有效抑制 GBM 生长，为 GBM 治疗提供新方向。

在肿瘤研究领域，脑胶质瘤（Glioblastoma，GBM）犹如一座难以攻克的堡垒，严重威胁着人类的生命健康。它是最致命的原发性脑肿瘤，即便经过多种治疗手段，患者的中位生存期也仅有 12 - 16 个月。目前，GBM 的治疗进展缓慢，主要原因在于对其复杂生物学机制的理解不足，缺乏有效的分子治疗靶点。在众多肿瘤研究方向中，针对肿瘤代谢途径的探索成为了寻找新靶点的重要途径。己糖胺生物合成途径（Hexosamine Biosynthesis Pathway，HBP）在肿瘤生长中发挥着关键作用，其产物尿苷二磷酸 N - 乙酰葡糖胺（UDP - GlcNAc）参与蛋白质和脂质的糖基化修饰，为肿瘤细胞的增殖、存活提供支持。以往研究多聚焦于 HBP 的限速酶谷氨酰胺 - 果糖 - 6 - 磷酸转氨酶（Glutamine - Fructose - 6 - Phosphatase Aminotransferase，GFAT1），但对于 GBM 而言，靶向 GFAT1 的治疗效果并不理想，原因也尚不明确。在此背景下，为了寻找更有效的 GBM 治疗靶点，美国俄亥俄州立大学（The Ohio State University）的研究人员开展了深入研究。最终，他们发现靶向磷酸葡萄糖变位酶 3（Phosphoglucomutase 3，PGM3）能够打破 SREBP - 1 激活 - 己糖胺合成的正反馈调节，有效抑制 GBM 的生长。这一发现为 GBM 的治疗带来了新的希望，相关研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》杂志上。

研究人员在此次研究中，主要运用了以下几种关键技术方法：一是细胞实验技术，使用多种 GBM 细胞系（如 U87、U251 等）和患者来源的原发性 GBM 细胞（如 GBM30、GBM83 等）进行体外实验；二是动物实验技术，构建原发性 GBM30 来源的原位异种移植模型，用于观察肿瘤在体内的生长情况；三是分子生物学技术，包括实时定量聚合酶链反应（Real - Time PCR）检测基因表达水平、蛋白质免疫印迹（Western blotting）分析蛋白表达和修饰情况、染色质免疫沉淀（ChIP）实验验证转录因子与基因启动子的结合等；四是临床样本分析技术，利用患者的脑肿瘤组织样本（包括正常脑组织、GBM 组织、低级别胶质瘤组织等）进行免疫组织化学（IHC）染色分析，样本来源于俄亥俄州立大学医院和加利福尼亚大学洛杉矶分校的组织芯片。

下面来详细了解一下具体的研究结果：

GBM 通过 NAGK 介导的己糖胺补救途径抵抗 GFAT1 抑制：研究人员使用 GFAT1 抑制剂氮丝氨酸（Azaserine，AZA）处理 4 种患者来源的原发性 GBM 细胞，发现 AZA 对其中 3 种细胞（GBM30、GBM83 和 GBM157）的生长抑制效果不佳，即使增加剂量也无明显作用，只有 GBM528 细胞对其敏感。通过敲低 GFAT1 进一步验证，结果与药物抑制实验相符。随后研究发现，GBM528 细胞中控制己糖胺补救途径的 N - 乙酰葡糖胺激酶（NAGK）表达水平明显低于其他 3 种细胞。单独敲低 NAGK 或与 GFAT1 共同敲低，能够抑制 GBM 细胞的集落形成。此外，稳定同位素¹³C 示踪实验表明，GFAT1 介导 GBM 细胞的从头己糖胺合成，NAGK 介导补救途径，两者相互影响。综合这些结果，说明 NAGK 介导的己糖胺补救途径使 GBM 对 GFAT1 介导的从头己糖胺合成抑制产生抵抗。
GFAT1、NAGK 和 PGM3 在临床 GBM 组织中共上调：通过免疫组织化学染色和基因数据分析，研究人员发现 GBM、II 级和 III 级胶质瘤组织中 GFAT1、NAGK 和 PGM3 的表达均高于正常脑组织。在 76 例脑肿瘤患者的组织芯片分析中，约 69.4% 的 GBM 患者肿瘤组织中这三种酶均高表达。同时，与 GFAT1 不同，GFAT2 在 GBM 组织中表达有限且呈局部性，表明 GFAT1 是 GBM 组织中主要表达的同工型。
抑制 PGM3 下调己糖胺合成相关酶，降低 SCAP/SREBP - 1 信号：敲低 PGM3 后，GBM30 细胞的整体糖基化水平和 N - 糖基化水平显著降低。进一步研究发现，PGM3 敲低会使 GFAT1、GNPNAT1 和 UAP1 等己糖胺合成酶的水平显著下降，但 NAGK 不受影响，且这种影响并非由蛋白质周转速率差异导致。此外，PGM3 敲低还会降低 SCAP 的 N - 糖基化和总蛋白水平，进而减少 SREBP - 1 的激活及其下游靶蛋白 FASN 和 SCD1 的表达。
SREBP - 1 转录上调己糖胺合成酶的表达：研究人员通过免疫组织化学分析、药物抑制和基因敲低实验，发现 SREBP - 1 与己糖胺合成酶（除 NAGK 外）在 GBM 肿瘤组织中共同上调，抑制 SREBP - 1 会降低这些酶的表达。通过生物信息学分析、ChIP - PCR 和启动子 - 荧光素酶报告实验证实，SREBP - 1 能够直接结合到 GFAT1、GNPNAT1、PGM3 和 UAP1 基因启动子上的固醇调节元件（Sterol Regulatory Elements，SREs），并激活它们的转录活性。
靶向 PGM3 有效抑制 GBM 肿瘤生长并延长荷瘤小鼠生存期：在原发性 GBM30 来源的原位异种移植模型中，敲低 PGM3 能够有效抑制肿瘤生长，未检测到肿瘤形成，且显著延长小鼠生存期；而敲低 GFAT1 或 NAGK 对肿瘤生长的抑制作用不明显。进一步研究发现，在敲低 PGM3 的 GBM 细胞中过表达 SREBP - 1a，能够恢复肿瘤生长，缩短小鼠生存期，表明 SREBP - 1 激活在己糖胺合成途径介导的 GBM 肿瘤生长中起重要作用。

综合上述研究结果，研究人员在讨论部分指出，PGM3 有望成为治疗 GBM 的有效靶点。尽管以往 GFAT1 被认为是多种癌症的有效靶点，但在 GBM 中，由于己糖胺补救途径的存在，靶向 GFAT1 效果不佳。不同癌症对己糖胺合成酶的依赖存在差异，因此针对不同癌症类型选择精准的治疗靶点至关重要。此外，研究揭示的 SREBP - 1 激活 - 己糖胺合成 - SCAP N - 糖基化正反馈调节机制，不仅对肿瘤细胞的代谢平衡至关重要，也为癌症治疗提供了新的潜在干预点。破坏这一反馈调节机制，可能成为治疗 GBM 及其他依赖该机制的癌症的有效策略。这一研究成果为 GBM 的治疗开辟了新的方向，未来有望基于此开发出更有效的治疗方法，改善患者的预后。