细胞的糖酵解途径在能量缺乏时会发生重编程，其中糖酵解酶的催化活性、稳定性和非经典功能受到翻译后修饰的精细调控。近日，中国科学院海洋研究所李莉研究员团队在《PNAS》期刊在线发表了题为“The KAT2/HDACIIa-PGK-ALDO axis constitutes a dual degradation inhibition cascade links energy stress to glycolytic amplification”的研究论文。该研究揭示了一个后生动物中高度保守的KAT2/HDACIIa-PGK-ALDO信号轴，通过乙酰化-磷酸化的串扰机制同时抑制了两种蛋白质降解系统，实现了糖酵解通量的高效放大。
研究团队以两种近缘牡蛎——较耐热的葡萄牙牡蛎和相对不耐热的长牡蛎为比较模型，发现热胁迫下葡萄牙牡蛎鳃组织中ALDO蛋白含量及其S272位点磷酸化水平均显著高于长牡蛎，同时伴随ALDO酶活性和糖酵解相关代谢物水平的更大增幅。通过磷酸化位点突变实验，团队证实S272位点的磷酸化模拟突变能够显著增强ALDO的酶催化活性、葡萄糖摄取速率以及细胞内ATP/ADP比值。分子动力学模拟和表面等离子体共振实验进一步揭示，S272磷酸化使ALDO与底物FBP之间形成了45对独特氢键（野生型仅为26对），底物结合亲和力提高了近10倍。
磷酸化修饰同时显著延长了ALDO蛋白的半衰期。研究团队通过蛋白酶体抑制剂和自噬抑制剂处理实验发现，ALDO主要通过分子伴侣介导的自噬-溶酶体途径降解，而非泛素-蛋白酶体途径。S272磷酸化通过抑制ALDO与分子伴侣HSC70的结合，阻断了ALDO被递送至溶酶体降解的过程。免疫荧光实验直观显示，磷酸化缺失突变体与自噬溶酶体标志物MAP1LC3B的共定位显著增加，而磷酸化模拟突变体则呈现弥散的胞质分布。这一“激活+稳定”的双重效应确保了能量危机时糖酵解通量的持续高效输出。
团队进一步鉴定了催化ALDO S272磷酸化的上游激酶为磷酸甘油酸激酶PGK。体内外磷酸化实验均证实PGK直接磷酸化ALDO的S272位点，并且能量胁迫条件（AMP处理、葡萄糖剥夺和热应激）显著增强了PGK与ALDO之间的相互作用。在牡蛎体内进行PGK的RNA干扰实验后，ALDO蛋白含量和S272磷酸化水平均显著下降。研究还发现PGK自身的稳定性受到K73位点乙酰化的调控——KAT2乙酰转移酶和HDACIIa去乙酰化酶共同调节该位点的乙酰化水平，K73乙酰化通过竞争性抑制泛素化修饰从而阻碍PGK经泛素-蛋白酶体途径降解，并且增强了PGK与ALDO的结合能力。
该调控轴在后生动物中高度保守。在人肺腺癌细胞和临床样本中，ALDOA的S272磷酸化水平在肿瘤组织中显著高于癌旁组织，且与ALDOA蛋白丰度呈强正相关。磷酸化模拟突变增强了肺癌A549细胞的增殖、迁移、侵袭和克隆形成能力，而S272A突变则显著抑制了小鼠移植瘤的生长。PGK1的K75乙酰化（对应牡蛎K73）同样受到KAT2A和HDAC5的调控，在肺癌样本中KAT2A蛋白水平上调而HDAC5下调，两者分别与PGK1和ALDOA的蛋白水平呈正相关和负相关。该研究从进化视角将环境适应与肿瘤发生统一于一条代谢信号轴之下，为理解翻译后修饰串扰在演化与疾病中的功能提供了新见解。
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