PFKFB3在非小细胞肺癌中对EGFR-TKIs耐受性的作用

背景介绍

非小细胞肺癌（NSCLC）是全球范围内癌症相关死亡的主要原因之一。表皮生长因子受体（EGFR）突变在NSCLC中较为常见，约占15-30%的病例。尽管EGFR酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）如厄洛替尼（erlotinib）和奥希替尼（osimertinib）在治疗EGFR突变的NSCLC患者中显示出显著的疗效，但许多患者最终会产生耐药性，导致肿瘤复发。耐药性的产生不仅与基因突变有关，还与非遗传机制如代谢重编程密切相关。代谢重编程使癌细胞能够在持续的药物治疗下存活，进而发展为耐药细胞群体。

近年来，研究发现糖酵解调节因子6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶（PFKFB3）在维持癌细胞代谢和氧化还原平衡中起关键作用。PFKFB3通过调控糖酵解通量和氧化还原稳态，帮助癌细胞在药物压力下存活。然而，PFKFB3在EGFR-TKIs治疗中的作用机制尚不明确。因此，本研究旨在探讨PFKFB3在EGFR-TKIs治疗中的代谢和氧化还原调节作用，以期为克服NSCLC耐药性提供新的治疗策略。

论文来源

本论文由Nadiia Lypova、Susan M. Dougherty、Brian F. Clem等研究人员共同完成，研究团队来自美国路易斯维尔大学医学院（University of Louisville School of Medicine）和布朗癌症中心（Brown Cancer Center）。论文于2024年发表在《Cancer & Metabolism》期刊上，题为《PFKFB3-dependent redox homeostasis and DNA repair support cell survival under EGFR-TKIs in non-small cell lung carcinoma》。

研究流程与结果

1. 研究设计与实验流程

本研究采用多种实验方法，系统地探讨了PFKFB3在EGFR-TKIs治疗中的作用。研究流程包括以下几个主要步骤：

a) 代谢组学分析

研究人员首先通过代谢组学分析，追踪了在PFKFB3抑制和EGFR-TKIs治疗下，肺癌细胞的葡萄糖代谢变化。实验使用了稳定同位素标记的葡萄糖（[u-13C]-glucose）进行代谢追踪，分析了糖酵解、三羧酸循环（TCA循环）和多醇途径（polyol pathway）中的代谢物变化。

b) 氧化应激与DNA损伤评估

通过活细胞成像和DCFDA氧化实验，研究人员量化了不同治疗条件下细胞的氧化应激水平。此外，使用免疫细胞化学和中性彗星实验（neutral comet assay）评估了DNA完整性，特别是氧化应激对DNA的损伤。

c) PFKFB3抑制对细胞存活的影响

研究人员使用PFKFB3抑制剂PFK-158和Kan0438757，结合EGFR-TKIs（厄洛替尼和奥希替尼），评估了PFKFB3抑制对肺癌细胞存活的影响。通过细胞活力实验和ATP水平测定，分析了PFKFB3抑制对细胞代谢和能量平衡的影响。

d) DNA修复机制研究

通过免疫印迹和免疫荧光显微镜，研究人员评估了PFKFB3抑制对DNA修复酶（如MPG、NTHL1和UNG2）表达的影响，并探讨了PFKFB3在碱基切除修复（BER）中的作用。

2. 主要研究结果

a) PFKFB3维持糖酵解通量

研究发现，PFKFB3抑制显著降低了EGFR-TKIs治疗下肺癌细胞的葡萄糖摄取和糖酵解通量。PFKFB3抑制还导致ATP水平下降，表明PFKFB3在维持细胞能量平衡中起关键作用。

b) PFKFB3抑制加剧氧化应激

PFKFB3抑制显著增加了肺癌细胞中的活性氧（ROS）水平，并降低了谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达。GPX4是细胞抗氧化防御系统的重要组成部分，其表达下降进一步加剧了氧化应激。

c) PFKFB3调控DNA修复

研究发现，PFKFB3抑制显著降低了DNA糖基化酶（如MPG、NTHL1和UNG2）的表达，导致DNA氧化损伤增加。此外，PFKFB3抑制还降低了ATM（ataxia-telangiectasia mutated）的表达，进一步削弱了DNA损伤修复能力。

d) PFKFB3抑制增强EGFR-TKIs的细胞毒性

PFKFB3抑制显著增强了EGFR-TKIs对肺癌细胞的杀伤作用，表明PFKFB3在维持癌细胞对EGFR-TKIs耐受性中起重要作用。

3. 研究结论

本研究表明，PFKFB3通过调控糖酵解、氧化还原平衡和DNA修复，帮助肺癌细胞在EGFR-TKIs治疗下存活。PFKFB3抑制能够有效削弱癌细胞的代谢适应性和DNA修复能力，从而增强EGFR-TKIs的细胞毒性。这一发现为开发针对PFKFB3的新型抗癌疗法提供了理论依据，可能有助于克服NSCLC的耐药性问题。

研究亮点

1. PFKFB3的多重作用：本研究首次系统性地揭示了PFKFB3在EGFR-TKIs治疗中的多重作用，包括调控糖酵解、氧化还原平衡和DNA修复。
2. 代谢重编程与耐药性：研究强调了代谢重编程在EGFR-TKIs耐药性中的重要性，为理解癌细胞如何在药物压力下存活提供了新的视角。
3. 新型治疗策略：PFKFB3抑制作为一种潜在的治疗策略，可能有助于在癌细胞发展为耐药性之前将其清除，从而提高EGFR-TKIs的长期疗效。

研究意义与价值

本研究不仅深化了我们对PFKFB3在肺癌代谢和耐药性中作用的理解，还为开发针对PFKFB3的新型抗癌疗法提供了重要的理论支持。通过抑制PFKFB3，可能能够有效增强EGFR-TKIs的疗效，减少肿瘤复发，为NSCLC患者带来新的治疗希望。