综述：磷酸甘油酸激酶的多重宇宙：探索经典功能、兼职功能及肿瘤微环境功能

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》：Multiverse of phosphorglycerate kinase: Exploring canonical, moonlighting, and tumor microenvironmental functions

本综述系统阐述了磷酸甘油酸激酶（PGK）家族成员PGK1和PGK2在肿瘤生物学中的多重角色。文章突破传统认知，重点聚焦PGK1的非经典“兼职”（moonlighting）功能，详细分析了其在细胞内信号转导、细胞外基质重塑、免疫应答调控及促进转移中的作用，并深入探讨了PGK1在肿瘤微环境（TME）中作为适应性应激传感器和免疫应答塑造者的空间调控机制，为靶向其非酶促促癌活性提供了新的治疗视角。

　　

磷酸甘油酸激酶（Phosphoglycerate Kinase, PGK）家族，主要包括PGK1和PGK2，长期以来被经典地定义为典型的糖酵解酶，负责催化1,3-二磷酸甘油酸（1,3-BPG）将磷酸基团转移给ADP，生成3-磷酸甘油酸（3-PG）和ATP，这是葡萄糖代谢中第一个产生ATP的步骤。然而，越来越多的证据揭示，这些蛋白拥有广泛且多样的非经典、非酶促的“兼职”（moonlighting）功能。在癌症生物学中，PGK1和PGK2已逐渐被视为多功能的调节因子，参与调控细胞内信号通路、重塑细胞外基质、塑造免疫反应并促进转移。值得注意的是，它们的功能具有情境依赖性，并在肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）内呈现空间组织化，可能作为适应性应激传感器和免疫应答的塑造者。

结构性和调控复杂性：PGK同工酶

PGK1和PGK2是进化上保守的同工酶，在糖酵解中扮演着核心角色。它们具有约85-88%的氨基酸序列同源性，并展现出高度相似的三级结构。这两种酶都是单体，由417个氨基酸组成，主要分为N端和C端两个结构域，通过一个灵活的铰链区连接。这个铰链使得酶在底物结合时能够发生从开放到闭合的构象变化，从而实现精确的磷酸转移。尽管结构高度相似，但它们的表达模式和调控机制存在显著差异。PGK1由X染色体上的基因编码，在体细胞组织中广泛表达，并在癌症中被广泛研究。相比之下，PGK2仅在睾丸的生精细胞中特异性表达，与男性生育能力相关。这种表达模式的差异，预示着它们在功能上可能具有不同的分工。PGK1受到从转录到翻译后修饰等多个层面的复杂调控，使其能够动态响应环境信号和细胞内应激，这种功能可塑性是其能够被癌细胞利用以支持生存、侵袭和治疗抵抗的关键。

多层调控与致癌重编程

PGK的表达，尤其是PGK1，在多种癌症中经常上调。PGK1水平的升高与关键的致癌过程相关，包括细胞迁移、上皮-间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT）和增殖，突显了其在肿瘤进展和转移中的潜在作用。因此，理解调控PGK表达和功能的复杂机制至关重要。这些调控层面包括转录因子（如缺氧诱导因子HIF-1）的转录调控、表观遗传修饰，以及非编码RNA（如microRNA和长链非编码RNA）的调控。例如，在缺氧条件下，HIF-1能够直接结合到PGK1基因的启动子区域，促进其转录，从而帮助癌细胞适应低氧环境。

翻译后修饰和非编码RNA的调控

在胃癌（Gastric Cancer, GC）中，长链非编码RNA H19过度表达并与晚期病理分期相关。H19作为竞争性内源RNA（competing endogenous RNA, ceRNA），吸附miR-19a-3p，而miR-19a-3p通常会靶向PGK1和其他糖酵解基因。这种相互作用增强了GC细胞系（如SGC-7901和MKN-45）的葡萄糖摄取、乳酸产生和细胞外酸化率（Extracellular Acidification Rate, ECAR）。类似地，LINC01559作为miR-1343-3p的ceRNA，并直接与PGK1结合。除了非编码RNA，PGK1本身还受到多种翻译后修饰（Post-translational Modifications, PTMs）的精细调控，这些修饰极大地扩展了其功能库，使其能够参与诸如自噬、DNA修复和信号转导等过程。例如，乙酰化、磷酸化、泛素化等修饰可以改变PGK1的酶活性、亚细胞定位以及与其他蛋白质的相互作用，从而使其在肿瘤进展中发挥多重作用。

PGK对细胞生态学的贡献

肿瘤微环境是一个由癌细胞、基质细胞、免疫浸润细胞和细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）组成的复杂动态生态位，它们相互作用共同塑造肿瘤进展、免疫逃逸和治疗反应。在众多分子调节因子中，PGK1因其在代谢和免疫调节中的双重作用而成为关键角色。PGK1通过多种机制发挥其效应，包括代谢重编程和细胞因子样活性。例如，分泌到细胞外的PGK1可以作为细胞因子发挥作用，招募和调节免疫细胞的功能。在TME中，PGK1的表达与免疫抑制性细胞（如髓源性抑制细胞和调节性T细胞）的富集相关，同时与细胞毒性T细胞的功能耗竭有关，这共同促进了免疫逃逸。此外，PGK1衍生的代谢物，如乳酸，通过降低细胞外pH值，进一步抑制T细胞和自然杀伤细胞的活性，并促进血管生成和基质重塑，从而创造一个有利于肿瘤生长和转移的免疫抑制微环境。

空间调控：PGK作为免疫代谢分区的构建者

最近的空间转录组学和成像质谱流式细胞技术进展揭示了肿瘤微环境内PGK1表达的明显分区差异。表现出高PGK1水平的区域与缺氧条件、增强的血管生成和免疫排斥密切相关。这些PGK1富集区域推定为乳酸积累和细胞外酸化的区域，与糖酵解肿瘤区域观察到的代谢模式一致。PGK1的这种空间分布模式表明，它不仅仅是代谢状态的被动反映，更是主动塑造肿瘤微环境异质性的“建筑师”，通过创建不同的免疫代谢区域来影响治疗反应和疾病结局。

治疗意义与药物开发

由于其在新陈代谢、肿瘤进展和化疗抵抗中的关键作用，PGK1已成为一个多方面的治疗靶点。其在多种癌症（包括肝、肺、胃、肾和脑肿瘤）中的过度表达与晚期、预后不良和对常规疗法的抵抗相关。针对PGK1的策略正在探索中，包括小分子抑制剂、单克隆抗体、基于抗体的药物偶联物以及基于核酸的治疗方法（如反义寡核苷酸和siRNA）。这些方法旨在抑制PGK1的酶促活性或其非酶促的“兼职”功能。例如，针对PGK1的单克隆抗体可能通过阻断其与细胞外基质的相互作用或中和其细胞因子样活性来发挥作用。此外，将PGK1抑制剂与现有的化疗、放疗或免疫检查点抑制剂（如抗PD-1/PD-L1抗体）相结合，可能产生协同效应，克服治疗抵抗并改善患者预后。

临床转化与未来展望

新兴证据表明，糖酵解相关基因（包括PGK1）的遗传变异显著影响肿瘤的放射敏感性和患者对治疗的反应。一项涉及600名鼻咽癌患者的大规模临床研究调查了关键糖酵解基因的多态性，为基于PGK1遗传谱的个体化治疗策略提供了宝贵见解。此外，PGK缺乏症是一种由PGK酶突变引起的罕见代谢疾病，其研究为了解PGK在正常生理和病理条件下的功能提供了独特的视角。未来的研究需要利用空间多组学技术、患者来源的异种移植模型和临床前研究，进一步阐明PGK1在TME中的精确作用机制，并验证其作为预后生物标志物和治疗靶点的潜力。

结论

PGK1已经从一种经典的糖酵解酶演变为癌症生物学中的多功能参与者。除了在ATP生产中的作用外，PGK1还发挥着非经典的兼职功能——包括调节氧化还原稳态、自噬、免疫调节和代谢重编程——这些功能主要由翻译后修饰和非编码RNA相互作用驱动。其过度表达与肿瘤进展、免疫逃逸、预后不良以及对化疗和放疗的抵抗相关。通过靶向PGK1的酶促和非酶促功能，或将其抑制剂与现有疗法相结合，可能为改善癌症治疗结果开辟新的途径。对PGK1在肿瘤微环境中的空间和功能动力学的持续研究，将继续揭示其作为癌症治疗中多功能节点的复杂性。