非小细胞肺癌（NSCLC）是导致癌症相关死亡的最常见原因，在NSCLC的各种病理类型中，肺腺癌（LUAD）已成为主要的类型，尽管LUAD治疗不断取得进展，但疗效仍然微乎其微。因此，确定一个明确的LUAD诊断和预后评估的生物学标志物是至关重要的。

2024年10月1日，苏北人民医院在Cancer Letters（IF=9.1）上发表题为“6-Phosphogluconate dehydrogenase promotes glycolysis and fatty acid synthesis by inhibiting the AMPK pathway in lung adenocarcinoma cells”的研究文章。本文研究表明，PGD在LUAD中上调，并抑制AMPK通路，从而增强糖酵解和脂肪酸合成，促进肿瘤的恶性进展。因此，靶向PGD是治疗LUAD的一种潜在的治疗策略。该研究成果中拜谱生物为其提供蛋白互作组的检测与分析。

文章名称：6-Phosphogluconate dehydrogenase promotes glycolysis and fatty acid synthesis by inhibiting the AMPK pathway in lung adenocarcinoma cells（Cancer Letters，IF=9.1，2024.10）

客户单位：苏北人民医院

研究材料：IP beads

拜谱提供技术：蛋白互作组分析

技术路线：

研究结果

磷酸戊糖途径（PPP）在LUAD中被显著激活

从6例LUAD患者中收集了1份正常组织样本和12份肿瘤组织样本进行单细胞RNA测序，注释有T细胞、髓系细胞、上皮细胞、B细胞、内皮细胞、成纤维细胞和肥大细胞（图1A-C），其中上皮细胞，分为15个簇，根据CNV（拷贝数变异）将其分为正常类别和肿瘤类别(图1D-F)。在恶性上皮细胞亚群内，PPP中的基因显著上调（图1G），且在上皮细胞从良性状态向恶性状态转变的过程中，PPP中限速酶（PGD、G6PD、TALDO1和TKT）的表达水平逐渐升高（图1H-I）。这些发现表明，PPP在LUAD的肿瘤发生和发展中起着关键作用。

图1 磷酸戊糖途径（PPP）在LUAD中被显著激活

(图源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

PGD在LUAD中高表达，并与不良预后相关

分析568例LUAD患者和545例LUSC患者的TCGA数据，发现PPP在LUSC和LUAD样本中显著富集（图2A-B），且四种限速酶（PGD、G6PD、TALDO1和TKT）的表达均显著升高（图2C），在LUAD患者中，PGD的高表达与不良预后相关。

构建组织芯片（TMA）对PGD进行染色，证实：在LUAD和LUSC患者的癌变组织中，PGD的表达量高于配对的正常组织。小鼠原位LUAD模型肿瘤和邻近正常组织IHC结果进一步证明，揭示PGD可能作为LUAD的致癌基因，加速LUAD的进展（图2I）。

图2 PGD在LUAD中高表达，并与不良预后相关

图源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

PGD促进LUAD细胞的增殖、迁移和侵袭

LUAD细胞中PGD的蛋白水平高于人正常肺支气管上皮细胞。构建敲除和过表达PGD细胞系，CCK-8证明PGD促进LUAD细胞增殖（图A-D），体外迁移和侵袭实验证明PGD促进LUAD细胞转移（图3F-G）;

PGD抑制剂处理LUAD细胞，细胞活力剂量依赖性下降（图3H），且抑制其集落形成（图3I），降低其迁移和侵袭能力（图3K-L）。动物实验中也证实，敲除PGD显著抑制肿瘤生长（图3M-P）。

图3 PGD促进LUAD细胞的增殖、迁移和侵袭

(图源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

抑制PGD可降低酶活性，抑制糖酵解和脂肪酸合成

PGD敲除或抑制剂处理，降低细胞NADPH/NADP+比值(图4D），增加ROS水平（图4A-C）。KEGG发现PGD-high细胞在脂肪细胞因子信号通路和糖酵解通路中显著富集（图4E）。且敲除PGD显著抑制了乳酸的产生，降低糖酵解能力（图4F-G），Oil Red O染色显示，PGD显著促进了细胞的脂质积累（图4H）。这些发现提示PGD可能促进糖酵解和脂质代谢来驱动LUAD的进展。

图4 抑制PGD可降低酶活性，抑制糖酵解和脂肪酸合成

(图源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

PGD通过与IQGAP1竞争性地相互作用来抑制AMPK通路的激活

抑制PGD，LUAD细胞中的p-AMPK水平显著升高（图5A），利用蛋白互作组检测PGD互作蛋白（图5B-C），从中筛选出可以调控AMPK通路的关键蛋白IQGAP1（图5D），co-IP、免疫荧光染色证实了PGD与IQGAP1相互作用（图5E-G）。且发现PGD通过与IQGAP1其IQ域竞争性结合，阻止其与AMPKα结合而抑制AMPK磷酸化（图5H-J）。

图5 PGD通过与IQGAP1竞争性地相互作用来抑制AMPK通路的激活

(图源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

抑制AMPK通路可以恢复PGD敲除诱导的抗癌作用

敲除PGD能抑制LUAD细胞的增殖、迁移和侵袭，这种作用能被AMPK抑制剂逆转（图6A-D），而且敲除PGD所抑制糖酵解和脂肪酸合成，同样能被AMPK抑制剂逆转（图6E-H）。

图6 抑制AMPK通路可以恢复PGD敲除诱导的抗癌作用

(图源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

PGD具有作为一种新的、有效的LUAD治疗靶点的潜力

PGD特异性抑制剂与二甲双胍联合使用对体外肿瘤生长有协同抑制作用（图7B），且在肿瘤异种移植研究中得到证实（图7C-E）。另外该组合表现出最显著的AMPK通路激活（图7F），综上所述，PGD及其下游AMPK通路是治疗LUAD的潜在新靶点。

图7 PGD具有作为一种新的、有效的LUAD治疗靶点的潜力

(图源：Jun Wu., et al., Cancer Lett., 2024)

文章小结

异常代谢已成为癌症的一个显著特征，在肺腺癌（LUAD）的发生和发展中起着关键作用。在这项研究中，单细胞测序揭示，在恶性上皮细胞亚群的恶性进展过程中，代谢酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（PGD）显著上调；体外和体内分析发现，PGD敲除或抑制其活性可抑制LUAD细胞的增殖、迁移和侵袭；TCGA数据库分析和LUAD组织芯片数据发现PGD上升，并且与LUAD患者的不良预后密切相关，可作为潜在治疗靶点。

拜谱小结

研究首次揭示肺腺癌中IQGAP1是PGD的强有力的新型相互作用蛋白。PGD通过与已知的AMPKα结合伴侣IQGAP1的IQ域竞争性相互作用，降低了p-AMPK的水平，从而促进了LUAD细胞的糖酵解和脂肪酸合成。该研究成果中拜谱生物为其提供蛋白互作组的检测与分析。拜谱生物已研发完成并建立了完善成熟的转录组学、蛋白组学、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系，欢迎致电咨询！

参考文献：

Wu J, Chen Y, Zou H, Xu K, Hou J, Wang M, Tian S, Gao M, Ren Q, Sun C, Lu S, Wang Q, Shu Y, Wang S, Wang X. 6-Phosphogluconate dehydrogenase promotes glycolysis and fatty acid synthesis by inhibiting the AMPK pathway in lung adenocarcinoma cells. Cancer Lett. 2024 Oct 1;601:217177. doi: 10.1016/j.canlet.2024.217177