近日，中国医学科学院药物研究所耿轶群课题组与北京大学药学院黎后华团队在Nature Communications（自然通讯）上发表了题为Thermal proteome profiling reveals fructose-1,6-bisphosphate as a phosphate donor to activate phosphoglycerate mutase 1的研究论文。该研究采用热蛋白组学技术分析了HepG2细胞中糖酵解代谢产物果糖-1,6-二磷酸（FBP）的互作蛋白组，阐述了FBP作为磷酸供体激活磷酸甘油酸变位酶1（PGAM1），正反馈糖酵解和肿瘤细胞增殖的分子机制。

糖代谢重编程被视为多种疾病的标志，糖代谢途径的中间代谢产物可以作为信号分子，通过与关键蛋白相互作用来调节各种生物学事件和细胞命运。深入解析糖代谢感知与信号传递机制对于理解糖代谢重塑在人类生理和疾病中的作用至关重要。FBP已被报道能够作为代谢信号分子来调节生理和病理过程。尽管在鉴定FBP特异性互作蛋白方面已经取得了显著进展，但对其互作网络的系统鉴定以及分子机制的深入解析仍然存在挑战。

该研究通过TPP结合二甲基化标记的定量质谱分析，鉴定了66个高度可信的FBP互作蛋白，进而深入解析了FBP-PGAM1互作的分子机制。在分子水平上，FBP作为磷酸化供体使PGAM1活性位点组氨酸（His11）发生磷酸化生成3-pHis，从而激活PGAM1。分子对接和分子动力学模拟显示，FBP能够将其C1-O-磷酸或C6-O-磷酸转移至His11的N3位，这与LC-MS/MS鉴定出二者反应时产生果糖-6-磷酸和果糖-1-磷酸的结果相吻合。在细胞水平上，FBP通过激活其下游代谢酶PGAM1，在促进肿瘤细胞增殖的过程中发挥了正向的通路内反馈作用。该研究设计合成的FBP类似物1-DMeFBP、6-DMeFBP和1,6-DMeFBP均能够抑制PGAM1酶活和肿瘤细胞增殖。

综上，该研究揭示了FBP作为磷酸化供体激活PGAM1，支持Warburg效应和肿瘤细胞增殖的化学信号传导作用，发现了一类基于FBP结构设计合成的能够抑制PGAM1酶活的正构抑制剂，为理解糖代谢重塑在人类疾病中的作用以及靶向细胞糖代谢的药理学工具开发和先导物发现提供了基础和依据。

药物所助理研究员张艳玲和博士后曹亚飞为共同第一作者。药物所耿轶群研究员、张艳玲助理研究员及北京大学药学院黎后华研究员为该论文的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划(2021YFC2102900)、国家自然科学基金(22377148 & 22207126)、中国医学科学院医学与健康科技创新工程(2021-I2M-1-026)、北京市教委-自然科学基金联合项目(KZ202210028043)、中国医学科学院中央级公益性科研院所基本科研业务费(2021-RC350-002)、北京协和医学院中央高校基本科研业务费(3332022042)等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53238-w