PFKFB3激酶抑制剂：一个新的小分子抗血管生成靶点

最近Peter Carmeliet发现内皮细胞（endothelial cell）85%的ATP供应来自糖酵解，通过小分子阻断糖酵解通路可以抑制新生血管的形成，这意味着发现了除anti-VEGF以外的抗血管生成方法，可能研发出新的抗肿瘤药物和湿性老年黄斑变性药物。Peter Carmeliet的两篇论文见：(1) Cell. 2013, 154, 651-663; (2) Cell Metab. 2014, 19, 37-48.

这里有个很有意思的问题，糖酵解是一种原始的能量获取方式，高等生物虽然保留了这种方式，但主要能量获取途径乃是生物氧化，一般在缺氧条件下才会用到糖酵解，而内皮细胞与血液直接接触，它们有足够的氧进行氧化代谢，为什么要选择糖酵解呢？

首先，这可能是由于内皮细胞有一种大公无私的精神，自己虽然第一时间得到氧气，但还是选择糖酵解消耗少量的氧，从而转运更多的氧给周围细胞。

其次，内皮细胞肩负着向无血管组织开辟新血管的任务，那些地方葡萄糖、氧的供应是很少的，选择糖酵解才能活下去。

另外，维持低氧代谢比较“绿色环保”，不会产生大量垃圾——活性氧碎片（reactive oxygen species），这也是一种自我保护机制。糖酵解产生ATP的速度比氧化代谢快，这保证了内皮细胞的高机动性。糖酵解途径为生物大分子的合成提供中间产物，满足细胞分裂的需要。

糖酵解的一个关键步骤是果糖-6-磷酸（F6P）在磷酸果糖激酶-1（PFK-1）的催化下转化为果糖-1,6-双磷酸（F1,6BP），PFK-1的活性受到ATP、ADP、AMP、果糖-2,6-双磷酸（F2,6BP）的调控，其中果糖-2,6-双磷酸是PFK-1最强的激活剂。

PFKFB (phosphofructokinase-2/fructose-2,6-bisphosphatase)是一类双功能酶，催化果糖-2,6-双磷酸的合成和水解，N端区域的活性中心（磷酸果糖激酶-2，PFK-2）催化果糖-6-磷酸转化为果糖-2,6-双磷酸，而C端区域的活性中心（果糖-2,6-双磷酸酶，FBP）催化果糖-2,6-双磷酸转化为果糖-6-磷酸。

PFKFB有PFKFB1、PFKFB2、PFKFB3、PFKFB4几种亚型，PFKFB3的激酶活性远大于磷酸酶活性，而PFKFB4的磷酸酶活性大于激酶，即PFKFB3倾向于合成果糖-2,6-双磷酸，PFKFB4倾向于水解果糖-2,6-双磷酸。

用shRNA将内皮细胞的PFKFB3沉默，可以降低PFKFB3蛋白水平、果糖-2,6-双磷酸水平，进而降低糖酵解通量。敲除PFKFB3可抑制内皮细胞扩增，减少新生血管的形成，而线粒体氧化磷酸化抑制剂如寡霉素、Antimycin A不能抑制新生血管的形成。

图F、图G分别为对照组、PFKFB3沉默型血管内皮细胞团。

                               
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图A、图B分别为野生型、PFKFB3缺陷型幼鼠视网膜血管。

                               
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随后Peter Carmeliet研究了PFKFB3激酶抑制剂3-(3-pyridinyl)-1-(4-pyridinyl)-2-propen-1-one (3PO)、7,8-dihydroxy-3-(4-hydroxyphenyl)-chromen-4-one (YN1)，产生了与PFKFB3基因沉默/敲除类似的效果。PFKFB3与底物果糖-6-磷酸结合的Km值为97 μM，而3PO竞争性抑制的Ki值为25 μM，3PO是个不错的先导化合物。

使用gamma-secretase抑制剂DAPT (N-(N-(3,5-Difluorophenacetyl)-L-alanyl)-S-phenylglycine t-butyl ester)可阻断Dll4/Notch信号通路，诱导血管增生（Nature. 2007, 445, 776-780.），然而3PO可以逆转这种作用。

图E为对照组、图F为DAPT处理、图G为DAPT+3PO处理的血管。

                               
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血管增生信号VEGF、FGF2能够上调PFKFB3，增加糖酵解，而VEGFR抑制剂SU5416与PFKFB3抑制剂3PO也具有协同作用。

图J为对照组、图K、L分别为SU5416、3PO处理，图M为SU5416+3PO处理的血管。

                               
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