东亚钳蝎氯毒素通过下调PKM2介导的有氧糖酵解抑制神经胶质瘤细胞的增殖活性

东亚钳蝎氯离子通道毒素(Buthus martensii Karshch chlorion channel toxin,BmK CT)是一类短链神经毒素,在体内和体外均能有效抑制神经胶质瘤细胞侵袭和增殖。然而,BmK CT抑制胶质瘤细胞增殖活性的机制尚不清楚。本研究采用代谢组学的方法探索BmK CT抑制人脑神经胶质瘤细胞增殖的分子机制。首先,通过蛋白质表达纯化获得带有谷胱甘肽S转移酶(glutathione S-transferase, GST)标签的BmK CT蛋白和GST蛋白。利用圆二色谱检测两种蛋白质均具有α-螺旋二级结构,并且融合蛋白质GST-BmK CT热稳定性较好。通过噻唑蓝(methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide, MTT)法检测GST-BmK CT对神经胶质瘤细胞(U251和A172)增殖的影响。结果显示,与GST处理组相比,1μmol/L GST-BmK CT处理组对U251细胞的抑制率更明显(U251细胞19±1.1 vs. 2.25±0.95,P<0.001, 48 h; A172细胞12±1.4 vs. 2.25±1.25,P<0.001, 48 h)。利用气相色谱-质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)分析鉴定出细胞内的63种代谢物,通过通路分析和聚类分析证实,GST-BmK CT处理影响神经胶质瘤细胞的有氧糖酵解。根据峰面积统计数据显示,GST-BmK CT处理降低胞内丙酮酸的含量。GST-BmK CT处理组相比GST组,明显下调胞外培养基的乳酸分泌(16.33±3.78 vs. 35.6±2.31,P<0.001, 48 h),葡萄糖消耗(2.04±0.09 vs. 2.64±0.04,P<0.05, 48 h)和胞内腺苷三磷酸(ATP)含量(633.79±0.001 vs. 5392.71±266.67,P<0.05, 48 h)。结果表明,GST-BmK CT通过下调胶质瘤细胞有氧糖酵解水平降低ATP的生成。实时荧光定量PCR和蛋白质免疫印迹结果显示,GST-BmK CT降低U251细胞丙酮酸激酶(pyruvate kinase M2, PKM2)在转录水平和翻译水平的表达,进一步发现GST-BmK CT通过下调低氧诱导因子(hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α)降低PKM2在转录水平的表达。以上结果表明,BmK CT通过下调HIF-1α的表达,降低PKM2介导的有氧糖酵解从而抑制神经胶质瘤细胞的增殖活性。