糖酵解关键酶PFKFB3通过磷酸化CAD激活嘧啶从头合成通路促进细胞增殖的机制研究

本研究揭示了糖酵解关键调控因子PFKFB3（6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3）通过直接磷酸化嘧啶合成限速酶CAD（S1859位点）激活嘧啶从头合成通路，首次建立了糖酵解与核酸代谢的直接分子联系，为肿瘤等增殖性疾病提供了新的代谢干预靶点。

　　

在肿瘤细胞异常增殖过程中，被称为"Warburg效应"的有氧糖酵解增强现象长期困扰着科学家——为何癌细胞宁愿选择这种低效的产能方式？传统观点认为这主要是为生物合成提供前体物质，但糖酵解如何精确协调其他合成代谢通路仍存在重大知识空白。北京大学深圳研究生院化学生物学与生物技术学院的研究团队在《Cell Reports》发表的研究，首次揭示了糖酵解关键调控因子PFKFB3通过直接调控嘧啶合成限速酶CAD的全新分子机制，为代谢网络协同调控提供了范式转变级的发现。

研究人员综合运用蛋白质互作组学、磷酸化修饰组学、代谢流分析等技术手段，结合基因编辑和动物模型验证。通过临床样本队列分析揭示了该通路在肝癌等恶性肿瘤中的临床相关性。

【PFKFB3与嘧啶合成限速酶CAD直接相互作用】
质谱分析发现PFKFB3与CAD形成稳定复合物，免疫共沉淀证实二者在多种细胞系中存在相互作用。结构域定位实验显示PFKFB3特异性结合CAD的ATC（天冬氨酸转氨甲酰酶）结构域。

【PFKFB3调控CAD关键位点S¹⁸⁵⁹磷酸化】
磷酸化蛋白质组学鉴定出CAD第1859位丝氨酸（S¹⁸⁵⁹）为PFKFB3依赖的磷酸化位点。体外激酶实验证实PFKFB3可直接磷酸化CAD的DHO-ATC结构域，该作用不依赖其糖酵解酶活性。

【PFKFB3-CAD轴调控嘧啶从头合成】
¹⁵N-谷氨酰胺代谢流追踪显示，抑制PFKFB3显著降低N-氨基甲酰天冬氨酸、二氢乳清酸等嘧啶前体水平。CRISPR构建的PFKFB3敲除和CAD S¹⁸⁵⁹A突变细胞中，尿苷补充可挽救增殖缺陷。

【病理生理意义验证】
肝癌患者样本中PFKFB3与p-CAD S¹⁸⁵⁹水平呈显著正相关（R=0.83）。TCGA数据分析显示PFKFB3/CAD高表达与肝细胞癌等患者不良预后相关。

该研究突破性地将糖酵解与核酸代谢两大核心通路通过PFKFB3-CAD轴直接联系起来：PFKFB3不仅通过生成F2,6BP（果糖-2,6-二磷酸）激活糖酵解，其蛋白激酶活性还可直接磷酸化CAD，形成"代谢-合成"双调控枢纽。这一发现为靶向肿瘤代谢的联合治疗策略提供了新思路——同时抑制PFKFB3的激酶和糖酵解活性可能产生协同抗肿瘤效应。研究建立的"酶活转换"调控范式（740:1的激酶/磷酸酶活性比）也为其他代谢酶的多重功能研究提供了重要借鉴。