D型細胞周期蛋白（D1、D2和D3）及其相關的細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK4和CDK6）是細胞周期機制的核心組成部分，可驅動細胞增殖。它們通常會在癌細胞內過度表達，形成復合體（主要是Cyclin D3-CDK6復合體）。之前研究比較多的調控機制，是D- CDK4/6復合體通過磷酸化RB蛋白，釋放出了轉錄因子E2F，使細胞不斷分裂增殖。如果僅有這一條途徑，當剔除RB蛋白之后，E2F不再被結合，原則上可以持續地啟動細胞分裂，且不受D- CDK4/6活性的影響，而事實卻并非如此，在不含RB蛋白的細胞中抑制D- CDK4/6的活性仍然可以導致細胞周期停滯，甚至凋亡。由此可見，D- CDK4/6對細胞周期的調控還有其他途徑。

研究動態

實驗者首先在人類T-ALL細胞中對D類細胞周期蛋白、CDK4和CDK6進行分析，這一腫瘤內部的D3和CDK6的表達水平很高，而D1、D2、CDK4的表達水平卻不是很高。同時，D3或者CDK6的缺失會直接導致T-ALL細胞的凋亡，從而證實Cyclin D3-CDK6復合體是調控癌細胞細胞周期的主要物質。

進一步的研究發現：D3–CDK6通過磷酸化6-磷酸果糖激酶-1（PFK1）和丙酮酸激酶M2（PKM2），降低了這兩種酶的催化活性，使得磷酸化后的葡萄糖轉入了磷酸戊糖途徑（PPP）和絲氨酸途徑。而這兩種途徑會生成了大量NADPH和GSH等強還原劑，中和了細胞內的活性氧（ROS）成分，延遲了細胞凋亡的發生。

圖1. D3-CDK6調控細胞周期的原理示意圖（圖片來源《Nature》）

以這項研究反推，通過抑制Cyclin D3-CDK6復合體的活性，來降低PFK1和PKM2的磷酸化水平，從而使得糖代謝正常進行，避免生成過量的NADPH和GSH，進而提升ROS濃度，促使癌細胞凋亡的方法是可行的。另一方面，結合之前的研究結果，抑制D3–CDK6的活性還能降低RB蛋白的磷酸化水平，使其無法釋放轉錄因子，抑制癌細胞的分裂增殖，也能對防止癌細胞擴散起到重要作用。

綜上，D3-CDK6作為一個連接細胞周期和細胞代謝的“多功能”蛋白，是一種可以在多個水平上影響癌細胞的重要物質，為抗癌治療的藥物研發提供了廣闊的思路。

什么是細胞周期

細胞周期（cell cycle）是指細胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結束所經歷的全過程，分為四個期：DNA合成前期(G1期)，DNA合成期(S期)，DNA合成后期(G2期)和分裂期(M期)。目前已發現有幾類調控因子在細胞周期中起著重要作用，如轉錄因子E2F、本文中提到的D型細胞周期蛋白及其相關的依賴性激酶等。從不同的角度研究細胞周期與癌基因、抑癌基因、生長因子以及細胞增殖分化的關系，能幫助我們更好地探索攻克癌癥的方法。

圖2. 細胞周期示意圖（圖片來源網絡）

M君有話說：

上一期的前沿資訊提到了瓦氏效應，闡述了癌細胞主要進行無氧呼吸這一事實。本文中所說的Cyclin D3-CDK6復合體，其作用機理是阻礙糖代謝的正常進行，那從這個原理出發，高濃度的D3-CDK6是否是癌細胞選擇無氧呼吸的原因呢，期待更多的報道。

參考文獻：

[1] Wang H, et al. The metabolic function of cyclin D3-CDK6 kinase in cancer cell survival.Nature. 2017 Jun 7.

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