Cell Death Dis︱任春娥/于振海/路超团队发现子宫内膜异位症糖代谢异常的分子机制

撰文︱路超

责编︱方以一，王思珍

编辑︱方以一

子宫内膜异位症（EM）是一种复杂的慢性炎性疾病，影响全世界约1.76亿妇女[1]。EM 是女性慢性盆腔疼痛最常见原因，并且与不孕症密切相关，该疾病的长期性、复杂性、系统性以及治疗后的复发性对女性的生活质量产生重大影响，然而其发病机制尚不明确[2-4]。相关研究发现，异位子宫内膜基质细胞存在广泛的代谢重编程和癌症样变化现象[5]。糖酵解水平的增加与 EM 的病变密切相关[6]。鉴于糖酵解在 EM 中的重要性，相关糖酵解研究及靶向糖酵解的非避孕疗法成为近年来的研究热点。

2022年9月15日，潍坊医学院任春娥教授/于振海教授/路超副主任医师在Cell Death & Disease上发表了题为“Phosphorylation of PFKFB4 by PIM2 promotes anaerobic glycolysis and cell proliferation in endometriosis”的研究。该研究发现在子宫内膜异位症中PIM2通过改变Thr140上PFKFB4的磷酸化促进了子宫内膜异位症的糖酵解和疾病进展，初步揭示了子宫内膜异位症中糖代谢异常的分子机制，为探索EM的非避孕治疗提供了理论依据。

糖酵解水平的增加与子宫内膜异位症（EM）的进展密切相关。研究人员首先通过筛选糖酵解关键基因在EM中表达发现，PFKFB4（6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-4,6-双磷酸酶）在EM中异常高表达据，并且PFKFB4与EM的进展和糖酵解密切相关。接着，为了探索PFKFB4在EM中功能的核心机制，研究人员对EM细胞中的PFKFB4进行了质谱分析和相关实验验证后发现PIM2可能是PFKFB4的一种新的相互作用蛋白，并且PIM2可以作用于PFKFB4的Thr140位点，改变其磷酸化水平，增强PFKFB4的蛋白稳定性（图1）。

图1 EM中PIM2磷酸化PFKFB4后改变其蛋白稳定性

（图源：Chao Lu, et al., Cell Death & Disease, 2022）

研究人员接着测试了EM细胞中改变PIM2表达后的葡萄糖消耗和乳酸生成情况。结果证实，当PIM2过度表达时，ESC和11Z细胞中的葡萄糖消耗和乳酸产生增加（图2A-D）。当PIM2被shPIM2敲除时，糖酵解显著降低（图2E-H）。有趣的是，研究人员通过shPFKFB4敲低子宫内膜异位症细胞中的PFKFB4，然后过表达PIM2蛋白水平时，葡萄糖消耗和乳酸产生没有明显改变（图2I-L）。这表明PIM2的糖酵解调节能力依赖于EM中的PFKFB4。因为PIM2可以改变PFKFB4 Thr140的磷酸化，研究人员进一步测试了在Thr140磷酸化发生改变的PFKBB4的糖酵解能力。令人惊讶的是，Thr140处的磷酸化增加了EM细胞中的葡萄糖消耗和乳酸产生，而T140A PFKFB4突变体不能起作用（图2M-P）。因此，PIM2和PFKFB4 Thr140磷酸化促进子宫内膜异位症中的糖酵解（图2）。

图2 PIM2和PFKFB4 Thr140磷酸化促进子宫内膜异位症中的糖酵解。

（图源：Chao Lu, et al., Cell Death & Disease, 2022）

为了进一步确定PIM2可在体内调节PFKFB4，研究人员利用PIM2敲除子宫内膜组织作为供体构建EM小鼠模型（图3A）。图3B显示了子宫内膜异位症的两种小鼠模型。尽管这两个小鼠模型组的体重没有显著变化（图3C），但PIM-/-敲除小鼠的异位病灶的成功率明显少于正常组（图3D）。并且，与正常组相比，PIM2-/-小鼠模型中的子宫内膜异位组织明显更小（图3E）。类似地，PIM2-/-组的体积和重量也显著减少（图3F&G）。PIM2-/-组中PIM2、PFKFB4和Ki67的表达较低（图3H-I）。最后，研究人员检测了EM样品中PIM2和PFKFB4的表达后发现二者在异位样品中强烈表达呈正相关。

图3 PIM2表达与体内子宫内膜异位症中的PFKFB4呈正相关。

（图源：Chao Lu, et al., Cell Death & Disease, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，子宫内膜异位症存在于特定的缺氧微环境中，子宫内膜细胞可以通过提高其代谢特性在缺氧环境中存活。有氧糖酵解和氧化磷酸化之间的代谢转换在子宫内膜异位症的发生和发展中起着重要作用，其信号通路的变化可以成为治疗干预的可行靶点（图3J）。本研究发现糖酵解关键调节因子PFKFB4的异常高表达与EM的进展密切相关。质谱鉴定表明PIM2可能是PFKFB4的潜在结合蛋白，通过相关实验证实PIM2可以与其相互作用，并磷酸化PFKFB4的Thr140位点（图3J）。PIM2还可以通过泛素-蛋白酶体途径增强PFKFB4蛋白表达。同时，Thr140上PFKFB4的磷酸化促进EM糖酵解和细胞增殖。此外，PIM2表达与体内EM中的PFKFB4呈正相关。最重要的是，PIM2可以通过PFKFB4的Thr140的异常磷酸化促进EM糖酵解和疾病进展（图3J）。本研究为进一步阐明EM葡萄糖代谢的重编程提供了新的理论支持，并为探索EM的非避孕治疗提供了新线索。但是，PFKFB4还可以展现出重要的非糖酵解功能，比如激酶活性、自噬、转录调控等，也为下一步深入探讨EM机制的提供了指引和方向。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41419-022-05241-6

通讯作者：任春娥（左一）、于振海（左二）、路超（右一）

（照片提供自：任春娥/于振海/路超团队）

通讯作者简介（上下滑动阅读）

任春娥，潍坊医学院三级教授、主任医师、硕士研究生导师。白求恩式好医生、全国“五一劳动奖章”获得者、全国卫生系统先进个人。国家人类辅助生殖技术管理专委会委员，兼任中国妇幼健康研究生殖内分泌学专委会常务委员；中国医师协会生殖医学专委会委员；中国医疗保健国际交流促进会常务委员；中国优生科学会生殖医学与生殖伦理学分会常务委员；山东省研究型医院管理协会副理事长；山东省名医联盟常务委员；山东省妇幼保健协会理事会常务理事；山东省医院品质管理联盟生殖医学专委会副主任委员；山东省医学伦理学学会生殖医学伦理学分会副会长；山东省医师协会理事；山东省医学会生殖医学分会副主任委员；山东省中西医结合学会生殖医学专委会委员；山东省免疫学会生殖免疫学专委会副主任委员；潍坊市医学会生殖医学专委会主任委员；潍坊市医师协会生殖医学医师分会主任委员；潍坊市生殖医学专业质量控制中心主任等。主要研究领域：不孕症的病因诊断及治疗；生殖内分泌疾病；人类辅助生殖技术（人工授精、体外受精-胚胎移植及其衍生技术）；复发性流产的病因诊断及治疗。

于振海，潍坊医学院教授，硕士研究生导师，美国斯坦福大学博士后，泰山学者青年专家、山东省优秀青年基金获得者、潍坊市有突出贡献中青年专家。主要从事蛋白质翻译后修饰的基础研究，特别是对于子宫内膜异位症和多囊卵巢的分子机制研究。获得山东省高校科研成果奖二等奖一项，先后主持国家自然科学基金2项，山东省自然科学基金1项，为解决国内蛋白质翻译后修饰研究的卡脖子问题做出了贡献。研究成果目前已在Cancer research、Cell Death Differ、Cell Death & Disease、Oncogene、Theranostics、Clinical and Translational Medicine、Molecualr oncology等杂志上发表。路超，潍坊医学院附属医院副主任医师，硕士研究生导师，山东省高等学校青创科技计划“生殖代谢研究创新团队”带头人，齐鲁卫生与健康杰出青年人才，山东省研究型医院协会生殖医学分会常务委员。研究方向：糖代谢、蛋白质翻译后修饰的分子机制研究，主持国家自然科学基金1项，山东省高等学校青创科技计划创新团队1项，山东省医药卫生科技发展计划项目1项；研究成果目前已在Clinical and Translational Medicine、 Cell Death Differ、Cell Death & Disease、Cancer Research等杂志上发表。往期文章精选优质科研培训课程推荐【1】R语言临床预测生物医学统计专题培训（10月15-16日，北京·中科院遗传与发育生物学研究所）欢迎加入“岚翰生命科学”

参考文献（上下滑动阅读） 

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[2] Maulitz L, Stickeler E, Stickel S, Habel U, Tchaikovski SN, Chechko N. Endometriosis, psychiatric comorbidities and neuroimaging: Estimating the odds of an endometriosis brain. Frontiers in neuroendocrinology. 2022;65:100988.

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[4] Coxon L, Horne AW, Vincent K. Pathophysiology of endometriosis-associated pain: A review of pelvic and central nervous system mechanisms. Best practice & research Clinical obstetrics & gynaecology. 2018;51:53-67.

[5] Coxon L, Horne AW, Vincent K. Pathophysiology of endometriosis-associated pain: A review of pelvic and central nervous system mechanisms. Best practice & research Clinical obstetrics & gynaecology. 2018;51:53-67.

[6] Sukhikh GT, Adamyan LV, Dubrovina SO, Baranov, II, Bezhenar VF, Kozachenko AV, et al. Prolonged cyclical and continuous regimens of dydrogesterone are effective for reducing chronic pelvic pain in women with endometriosis: results of the ORCHIDEA study. Fertility and sterility. 2021;116(6):1568-77.

本文完