药学学报：一种有效的PGK1拮抗剂揭示PGK1调节IL-1b和IL-6的产生

导读

糖酵解代谢酶通过代谢状态的改变参与免疫代谢领域。PGK1是糖酵解途径中的一种催化酶。在这里，我们建立了一个高通量的筛选平台来鉴定PGK1抑制剂。DC-PGKI是PGK1的ATP竞争性抑制剂，其亲和力为KdZ 99.08nmol/L。DC-PGKI在体内外稳定PGK1，并抑制PGK1的糖酵解活性和蛋白激酶功能。此外，DC-PGKI揭示了PGK1调节内毒素刺激的巨噬细胞产生IL-1b和IL-6。机制上，DC-PGKI抑制PGK1导致NRF2(核因子-红系因子2相关因子2，NFE2L2)积聚，然后NRF2移位到细胞核并结合IL-1b和IL-6基因的邻近区域，从而抑制内毒素诱导的这些基因的表达。DC-PGKI改善葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠结肠炎模型。这些数据支持PGK1作为巨噬细胞的调节因子，并提示PGK1抑制剂在炎症性肠病治疗中的潜在用途。

论文ID

题目：A potent PGK1 antagonist reveals PGK1 regulates the production of IL-1b and IL-6

译名：一种有效的PGK1拮抗剂揭示PGK1调节IL-1b和IL-6的产生

期刊：Acta Pharmaceutica Sinica B                               

IF：14.903

发表时间：2022.11

通讯作者单位:复旦大学

DOI号：https://doi.org/10.1016/j.apsb.2022.05.012

主要内容

糖酵解是最基本的能量生成途径，几乎在所有生物中都是保守的。一个世纪以来，有氧糖酵解一直被认为是恶性肿瘤的标志之一。此外，有氧糖酵解对免疫细胞的激活和功能也有重要影响。糖酵解的多种生物学作用主要依赖于其代谢酶。这些酶具有超越代谢过程的多种功能。

磷酸甘油酸激酶1(PGK1，EC 2.7.2.3)是糖酵解途径中第一个ATP生成的第七步催化酶，它将1，3-二磷酸甘油酸酯(1，3-BPG)转化为3-磷酸甘油酸(3-PG)。大量研究表明，PGK1的过度表达或糖酵解活性增强与肿瘤预后不良和化疗耐药有关。例如，PGK1在卵巢癌、乳腺癌、胰腺癌和结直肠癌中表达上调，在胃癌中发现PGK1是对5-FU耐药的辅助细胞。PGK1的调控是复杂的。在转录水平上，众所周知，MYC和HIF1a通过与PGK1的启动子区域结合，在高度有氧糖酵解的背景下增加糖酵解酶。对照，PARRY约束PGK1表达。PGK1的功能也受到各种翻译后修饰的调节，如K220、K323和K388的乙酰化或S203、S256、T243和Y324的磷酸化，T25536的O-GlcN酰化修饰，从而增强了PGK1的糖酵解活性。除了它的糖酵解活性外，PGK1作为一种激酶也引起了人们的广泛关注。PGK1使PDHK1磷酸化以协调细胞能量生产和维持细胞氧化还原环境，而PGK1对Beclin1的磷酸化在营养限制的背景下启动自噬。

高通量分析确定LTP-10为PGK1抑制物

糖酵解是细胞能量生成所必需的，也是生物合成的基础。有氧糖酵解被认为是恶性细胞代谢的标志。正常细胞，尤其是免疫细胞，表现出与癌细胞相同的现象。糖酵解代谢酶在高度糖酵解的肿瘤和激活的免疫细胞中得到了很好的研究。许多糖酵解酶被鉴定为兼职蛋白，它们还具有其他功能，将不同的生物活性与代谢联系起来。通常情况下，GAPDH、PKM213和PGK1是三种多功能代谢酶。大量数据表明，PGK1在许多肿瘤中过表达，并与化疗耐药有关。许多报道表明，PGK1与抗热或耐氧应激有间歇性相关，暗示PGK1还具有其他功能。然而，靶向PGK1的小分子仍然很少。化学探针既是探索靶标功能的有力工具，也是药物开发的起点。因此，我们的目标是发现更多抑制PGK1活性的潜在小分子。

有趣的是，DC-PGKI限制了内毒素刺激的巨噬细胞中促炎细胞因子的产生。DC-PGKI对DSS诱导的小鼠急性结肠炎模型有保护作用。基因操作实验证明，DC-PGKI的抗炎作用确实依赖于PGK1，揭示了PGK1在天然系统中的新功能。机制上，DC-PGKI通过抑制PGK1激活KEAP-NRF2途径，积累的NRF2蛋白通过KEAPNRF2途径激活NRF2下游靶基因的表达。而NRF2芯片定量聚合酶链式反应分析表明，DC-PGKI处理通过增加与IL-1b和IL-6基因邻近的NRF2结合，阻碍RNA Pol II的募集，从而限制了IL-1b和IL-6基因的表达。

改良的PGK1抑制剂DC-PGKI的研究进展

浸润的巨噬细胞来源的IL-6通过磷酸化PGK1在人类胶质母细胞瘤(GBM)的肿瘤微环境中促进肿瘤形成和支持肿瘤细胞的糖酵解，并抑制PGK1 T243的磷酸化或中和IL-6可抑制肿瘤细胞增殖和肿瘤发生。我们的发现表明DC-PGKI可以通过抑制PGK1抑制巨噬细胞中IL-6的表达，这意味着DC-PGKI或其他PGK1抑制剂可以作为抗肿瘤药物。然而，许多PGK1的转录后修饰已被报道在许多肿瘤中促进肿瘤的发生。DC-PGKI在这些修饰中可能表现出不一致的潜力。我们标记了PGK1活化催化晶体结构(PDB：2WZD)中的所有修饰残基，有趣的是，我们发现所有的修饰都发生在PGK1的C-末端结构域，它负责ADP/ATP的结合。在这些修饰中，只有K220与ADP形成两个氢键，乙酰化的K220阻断了ADP的结合。其余的修改远离ADP/ATP口袋，与ADP没有直接交互作用。基于DC-PGKI是ADP/ATP的竞争对手，即ADP/ATP的结合亲和力越高，DC-PGKI的效力就越低。因此，乙酰化的K323和K388，磷酸化的S203和Y324，以及OGlcNacylated的T255通过增强ADP/ATP的结合亲和力来激活PGK1，而ADP/ATP可能对DC-PGKI具有抗性。对于不影响ADP/ATP结合亲和力的S256和T243上的磷酸化，DC-PGKI可能表现出与WT PGK1相同的抑制作用。因此，PGK1在人类类风湿关节炎的滑膜组织和血液中过度表达，并过度表达多种细胞因子(IL-1b、IL-6和干扰素-g)，而敲除PGK1会导致IL-1b和干扰素-g的产生减少。因此，DC-PGKI对类风湿关节炎的治疗可能有积极作用。然而，所有的申请都应该经过仔细的考虑和足够的科学研究。

DC-PGKI可减轻DSS诱导的结肠炎

总结

在这里，我们建立了一种高通量的方法来筛选新的PGK1抑制剂，并报道了一种新的化学支架抑制剂，其KD Z为99.08nmol/L，可抑制促炎细胞因子的产生。DC-PGKI显示，PGK1的抑制通过NRF2的聚集抑制IL-1b和IL-6的产生，NRF2转位到细胞核，然后与IL-1b和IL-6基因的邻近结合。DSS诱导的小鼠结肠炎模型的实验结果表明，DC-PGKI能有效减轻结肠炎的症状和病理改变。提示DC-PGKI可作为研究PGK1新功能的探针，也可作为治疗炎症性疾病的候选药物。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.apsb.2022.05.012

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