重大发现！PGK1 或是胶质母细胞瘤替莫唑胺疗效预测新指标

研究人员针对胶质母细胞瘤（GBM）对替莫唑胺（TMZ）耐药问题，开展相关研究，发现 PGK1 可影响 TMZ 敏感性。

　　胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM），这是一种极其凶险的原发性脑肿瘤，堪称脑部肿瘤中的 “恶魔”。即便经过积极治疗，患者的中位生存期也仅仅只有 12 - 15 个月。当前，标准治疗方案是手术切除后，再进行同步放化疗，其中替莫唑胺（Temozolomide，TMZ）是化疗的常用药物 。然而，大部分患者最终还是会对 TMZ 产生耐药性，导致肿瘤复发，患者的生存希望愈发渺茫。

癌细胞有着独特的代谢方式，其中 “瓦博格效应（Warburg effect）” 十分典型，即便是在有氧的环境下，癌细胞也偏好通过糖酵解来获取能量。基于此，靶向肿瘤代谢成为了一种颇具前景的治疗策略。众多研究表明，抑制关键代谢酶能够有效抑制肿瘤生长。可问题在于，代谢扰动与耐药之间的关系极为复杂。代谢抑制虽然能抑制肿瘤生长，但由此产生的代谢应激却可能激活细胞的适应性反应，让癌细胞在治疗压力下存活，进而产生耐药性。尤其是在 GBM 治疗中，这种代谢应激与耐药之间的分子机制，一直是个未解之谜。

为了揭开这个谜团，南方科技大学医学院以及广东省代谢与健康重点实验室等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Journal of Translational Medicine》上。这一研究为理解肿瘤代谢与耐药的关系提供了新视角，也为 GBM 的治疗带来了新的思路。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是 CRISPR 干扰（CRISPRi）技术，通过构建包含众多单导向 RNA（sgRNA）的文库，对 GBM 细胞进行高通量筛选，从而找出影响 TMZ 敏感性的基因。其次，利用 RNA 测序（RNA-seq）技术分析基因表达变化，探究潜在的分子机制。另外，还采用了细胞增殖实验、细胞周期分析、蛋白免疫印迹（Western blot）等多种实验技术，从不同层面验证研究结果。研究中使用的样本包括多种 GBM 细胞系、患者来源的胶质瘤干细胞，还分析了临床数据。

下面来看具体的研究结果：

1. 大规模 CRISPRi 筛选确定遗传脆弱性：研究人员构建了稳定表达 CRISPRi 机制的 U87 MG 细胞系（CRISPRi-U87），利用 H1 文库进行筛选。在生长筛选中，发现敲低某些基因会促进或抑制 GBM 细胞生长；在 TMZ 敏感性筛选中，找出了众多敲低后能调节 TMZ 敏感性的基因。KEGG 通路富集分析揭示了这些基因相关的重要生物学通路，这表明筛选结果可靠，为后续研究指明了方向。
2. PGK1 敲低增强 GBM 细胞对 TMZ 的耐药性：在筛选出的基因中，磷酸甘油酸激酶 1（Phosphoglycerate Kinase 1，PGK1）引起了研究人员的注意。它在生长筛选和 TMZ 敏感性筛选中表现出相反的表型。敲低 PGK1 会抑制 U87 细胞在正常条件下的生长，但却能增强其对 TMZ 的耐药性。研究人员通过细胞计数、细胞周期分析和竞争生长实验等多种方法验证了这一结果。
3. PGK1 敲低阻断对 TMZ 的转录反应并激活促生存通路：对 CRISPRi-U87 细胞进行 RNA-seq 分析，发现 PGK1 敲低会抑制 U87 细胞对 TMZ 的转录反应。同时，敲低 PGK1 会激活肿瘤坏死因子（TNF）信号通路、核因子 -κB（NF-κB）信号通路和磷脂酰肌醇 3 - 激酶（PI3K）-Akt 信号通路等促生存通路，这可能是 PGK1 敲低细胞对 TMZ 耐药的原因之一。
4. HIF-1α 通路激活有助于 PGK1 敲低细胞的 TMZ 耐药性：研究发现，PGK1 敲低细胞中缺氧诱导因子 1-α（Hypoxia-inducible Factor 1-alpha，HIF-1α）及其下游靶基因 CA9 的表达上调。通过实验证实，HIF-1α 激活会增强细胞对 TMZ 的耐药性，敲低 HIF1A 能恢复 PGK1 敲低细胞对 TMZ 的敏感性。此外，PGK1 敲低会导致细胞线粒体呼吸增加，活性氧（ROS）水平升高，这可能是激活 HIF-1α 通路的原因。
5. PGK1 敲低导致能量应激和 AMPK 激活：由于 PGK1 是糖酵解的关键酶，敲低它会减少 U87 细胞的能量产生，导致细胞内 ATP 水平下降。能量短缺会激活细胞的能量感应机制，研究发现 PGK1 敲低细胞中 AMP 激活的蛋白激酶（AMPK）被激活。通过遗传和药理学方法证明，AMPK 激活在 GBM 细胞对 TMZ 的耐药性中起着关键作用。
6. PGK1 敲低通过 AMPK-53BP1 轴增强 DNA 损伤修复：AMPK 激活能够促进 DNA 损伤修复。研究发现，PGK1 敲低虽然不会改变 TMZ 诱导的 DNA 损伤程度，但会显著加快 DNA 损伤修复的速度。PGK1 敲低细胞中 53BP1 的核水平升高，这表明 PGK1 敲低可能通过 AMPK-53BP1 通路增强 DNA 损伤修复，从而促进对 TMZ 的耐药性。
7. PGK1 表达可作为 GBM 中 TMZ 敏感性的预测生物标志物：研究人员在多种 GBM 细胞系、患者来源的胶质瘤干细胞以及临床数据中进行验证，发现 PGK1 表达水平与 TMZ 敏感性密切相关。PGK1 表达水平低的细胞系和患者对 TMZ 的耐药性更强，这表明 PGK1 表达有可能作为预测 GBM 患者对 TMZ 治疗反应的生物标志物。

综合来看，该研究揭示了 GBM 中代谢扰动与化疗耐药之间的复杂关系。研究发现 PGK1 作为关键的代谢节点，抑制它虽然能抑制肿瘤生长，但却会意外地促进对 TMZ 的耐药性。这一发现凸显了癌细胞在治疗压力下利用代谢应激获取生存优势的强大适应性。研究还阐明了 PGK1-AMPK-53BP1 轴的作用机制，即代谢应激如何增强 DNA 损伤修复并促进耐药性。此外，PGK1 表达与 TMZ 敏感性之间的相关性，使其具备成为预测生物标志物的潜力。这些研究结果对癌症治疗意义重大，警示人们在癌症治疗中不能简单地进行单一代谢靶向治疗，而应考虑联合策略，以应对癌细胞可能产生的适应性反应。后续研究可以进一步探索代谢应激诱导的耐药性在癌症治疗中的广泛影响，评估 PGK1 作为预测生物标志物在更大患者群体中的可行性，从而推动 GBM 及其他癌症的治疗策略发展。