头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)在全世界最常见的癌症中排名第六，虽然HNSCC的治疗是多模式的，包括手术、放疗、化疗、靶向治疗和免疫治疗，但HNSCC患者的总生存率在过去十年中并没有改善。缺乏可获得的靶向治疗和不充分的临床管理强调了研究HNSCC发病机理的分子机制的必要性。
磷酸果糖激酶血小板型（PFKP）是糖酵解途径中的一个关键限速酶，它的异常表达通过改变多种生物学功能在多种人类癌症的发展中起着至关重要的作用。然而，PFKP在HNSCC中作用的确切分子机制尚未完全阐明。c-Myc是一个涉及细胞增殖、分化、上皮-间充质转化和肿瘤微环境调节等多种生物过程的转录因子，c-Myc在HNSCC中的过表达与预后不良相关，但其在HNSCC中的机制尚不清楚。
2024年7月，安徽医科大学刘业海等团队在Molecular Cancer（IF=27.7）上发表了“A positive feedback loop between PFKP and c-Myc drives head and neck squamous cell carcinoma progression”的研究论文。该论文首次揭示了PFKP /c-Myc正反馈通路在HNSCC的恶性进展中发挥重要作用，同时靶向PFKP和c-Myc是一种新的HNSCC的有效治疗策略。拜谱生物为该研究提供了蛋白互作组检测服务，助力发现PFKP可能在HNSCC的进展过程中与ERK2相互作用，从而激活MAPK/ERK通路。
中文标题：PFKP和c-Myc之间的正反馈通路促进头颈部鳞状细胞癌的进展
发表期刊：Molecular Cancer
影响因子：27.7
发表时间：2024年7月
作者单位：安徽医科大学
拜谱提供技术：蛋白互作组
技术路线：
研究结果
1.PFKP与ERK2相互作用，激活MAPK/ERK通路
前期的qRT-PCR和免疫印迹实验结果表明PFKP在肿瘤组织中高表达，并与HNSCC患者预后不良相关，通过PFKP敲低及过表达的体内体外实验表明PFKP促进HNSCC患者的肿瘤发展。为了探究PFKP促进肿瘤发展的机制，使用PFKP敲低的细胞和对照组进行了转录组分析，共筛选出2019个差异基因，其中906个上调，1113个下调（图1A）。差异基因的KEGG富集分析发现，MAPK途径是PFKP抑制后显著改变的途径之一（图1B），ERK途径是所有MAPK信号转导途径中最重要的信号级联，在肿瘤细胞的生存和发展中起着至关重要的作用。ERK级联的激活在各种癌症类型中普遍存在，超过90%的HNSCC患者存在磷酸化的ERK1/2 (p-ERK1/2)。结果表明，细胞中PFKP的敲低导致p-ERK1/2水平降低，而PFKP的过表达导致p-ERK1/2水平升高（图1C）。通过蛋白互作组检测、IF测定、CoIP 测定证明PFKP可能在HNSCC的进展过程中与ERK2相互作用（图1D-1H），确定了PFKP和ERK2之间的结合区域位于氨基酸412-784（图1J）。通过分子对接和CoIP检测表明了PFKP与ERK2结合的特定残基为K753。这些数据表明 PFKP 可能在 HNSCC 的进展过程中与 ERK2 相互作用。
图1 PFKP通过ERK2激活MAPK/ERK通路
（图源：Liu, Weiwei et al., Mol Cancer., 2024）
2.PFKP通过激活ERK通路来增强c-Myc蛋白的稳定性
TCGA的GSEA数据显示，HNSCC中PFKP高表达组Myc信号所靶向的基因存在富集（图2A）。与p-ERK1/2水平一致，观察到PFKP敲低的细胞中c-Myc和p-S62-Myc水平显著降低，细胞过表达PFKP导致c-Myc和p-S62-Myc的上调（图2B）。免疫荧光实验证实了PFKP对c-Myc的正调控作用（图2C）。然而qRT-PCR结果显示，PFKP对c-Myc的调控不在mRNA转录水平（图2D-E）。研究团队通过CHX(环己酰亚胺)追踪分析检测蛋白质稳定性，与对照组相比，PFKP敲低的细胞中c-Myc的降解显著加速（图2G-H）。此外，MG132预处理可以抑制PFKP耗竭引起的c-Myc的加速降解（图2F）。泛素化分析表明，PFKP的缺失促进了c-Myc的泛素化和降解，而过表达PFKP则抑制了这一过程（图2L-M）。这些发现支持以下结论：PFKP 可能与 ERK2 相互作用，通过抑制泛素介导的 c-Myc 降解而上调 c-Myc。
图2 PFKP促进了ERK介导的c-Myc的稳定性
（图源：Liu, Weiwei et al., Mol Cancer., 2024）
3.c-Myc促进HNSCC中PFKP的转录
在PFKP敲低的细胞中过表达c-Myc，结果显示，过表达c-Myc逆转了PFKP敲低对于细胞增殖、血管生成、迁移和侵袭的抑制作用。PFKP可能通过增强c-Myc表达促进HNSCC进展、生长和转移。为了进一步探究c-Myc调控PFKP转录的机制，通过生物信息学、TCGA-HNSCC数据及K-M生存分析揭示，转录因子c-Myc与PFKP呈正相关。来自公共数据库的ChIP-seq和RNA-seq数据显示，c-Myc在PFKP的启动子区域具有显信号，并且淋巴瘤细胞中c-Myc减少后PFKP mRNA水平表达量显著降低（图3A-F）。使用JASPAR(转录因子预测数据库)预测分析，位点突变及ChIP-qRT-PCR结果表明c-Myc 可能通过直接结合 PFKP 的启动子来转录上调 PFKP（图3G-K）。免疫组化染色结果显示，与PFKP一致，c-Myc在癌组织中的表达高于其配对的正常组织，并且PFKP和c-Myc高表达的HNSCC患者的总生存期明显更差（图3L-P）。c-Myc可能通过结合PFKP基因的启动子上调PFKP的转录，PFKP和c-Myc都可能与HNSCC的预后有关。
图3 c-Myc刺激PFKP基因的转录
（图源：Liu, Weiwei et al., Mol Cancer., 2024）
4.靶向 PFKP 和 c-Myc 抑制 HNSCC 肿瘤进展
研究者使用HNSCC PDO模型评估了PFKP抑制剂（PFKP siRNA）与c-Myc抑制剂（10,058-F4）联合治疗的疗效。结果显示，PFKP和c-Myc的联合抑制比单抑制剂治疗更有效地抑制HNSCC PDO的生长（图4A-H）。
图4 靶向 PFKP 和 c-Myc 抑制 HNSCC 肿瘤进展
（图源：Liu, Weiwei et al., Mol Cancer., 2024）
文章小结
本研究利用转录组、蛋白互作组、免疫共沉淀和CAM实验等分子生物学和细胞生物学技术对前期构建的HNSCC细胞系、类器官、PDX模型及120例临床样本进行了深入研究，同时结合生信分析，发现HNSCC患者组织和细胞中PFKP表达水平明显升高，并与患者的预后呈负相关；敲低PFKP显著抑制了HNSCC的增殖、血管生成以及转移。进一步研究发现，PFKP通过结合ERK2抑制c-Myc的泛素化降解，从而促进HNSCC的恶性进展。此外，c-Myc作为转录因子促进PFKP的转录，同时靶向PFKP和c-Myc治疗HNSCC模型取得更好的肿瘤抑制效果（图5）。
图5 PFKP和c-Myc形成的反馈回路，促进HNSCC增殖、血管生成和转移
（图源：Liu, Weiwei et al., Mol Cancer., 2024）
拜谱小结
本研究旨在评估和验证PFKP和c-Myc在HNSCC肿瘤与邻近正常组织中的表达模式，探讨其对HNSCC临床特征的影响，并确定PFKP和c-Myc之间的正反馈回路在HNSCC进展中的功能作用和潜在机制。拜谱生物为本研究提供了蛋白互作组检测服务，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、修饰蛋白组学、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系，助力发表高分文献，欢迎致电咨询！
参考文献：
Liu W, Ding Z, Tao Y, Liu S, Jiang M, Yi F, Wang Z, Han Y, Zong H, Li D, Zhu Y, Xie Z, Sang S, Chen X, Miao M, Chen X, Lin W, Zhao Y, Zheng G, Zafereo M, Li G, Wu J, Zha X, Liu Y. A positive feedback loop between PFKP and c-Myc drives head and neck squamous cell carcinoma progression. Mol Cancer. 2024 Jul 9;23(1):141. doi: 10.1186/s12943-024-02051-6. PMID: 38982480; PMCID: PMC11232239返回搜狐，查看更多
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