有氧糖酵解（aerobic glycolysis）是肿瘤细胞的重要代谢特征,它是快速分裂肿瘤所需物质和能量的主要来源。细胞周期是细胞增殖的途径,而细胞周期中每个时期的代谢需求不同,因此调控细胞周期的信号与代谢调控需要高效地协同工作。但目前对于代谢与周期这两个通路的协同调控知道的很少。丙酮酸激酶M2（简称PKM2）是糖酵解最后一步限速酶,其酶活高低变化对于糖酵解流量和中间产物的流向有重要的调控作用,并且对肿瘤细胞的快速增殖至关重要。PKM2酶活能够被多种机制调控,如翻译后修饰中的磷酸化、乙酰化、氧化等能抑制PKM2丙酮酸激酶活性,促进各类生物大分子合成,从而进一步促进肿瘤细胞增殖。但是不清楚PKM2是否与细胞周期信号有交互的调控。Aurora A是一种在细胞周期进程中发挥重要功能的丝氨酸/苏氨酸激酶,促进中心体的成熟和分离,以及分裂期染色体的准确分离。已有研究显示,Aurora A基因的扩增、mRNA以及蛋白水平的上调会导致Aurora A在多种类型的肿瘤中表达量升高。高表达的Aurora A通过促进细胞周期进程、活化抗凋亡信号、诱导基因组不稳定性、促进侵袭转移等多种机制促进肿瘤发生发展。但是肿瘤细胞中高表达的Aurora A通过调控细胞代谢促进肿瘤进展,尚不明晰。本篇论文首先通过免疫共沉淀以及质谱实验发现Aurora A能够结合多个代谢相关蛋白,其中包含糖酵解关键限速酶PKM2。临床肿瘤样本数据库分析结果显示,Aurora A与PKM2在肿瘤中高表达并且二者表达显著正相关;高表达的Aurora A和PKM2与肿瘤患者的生存显著负相关,提示Aurora A和PKM2二者之间可能会发生调控并参与到肿瘤进展中。本文接下来分别从调控方式、调控机制和病理意义三个层面展开研究。首先蛋白-蛋白相互作用以及临近连接实验证明,肿瘤细胞中的Aurora A可以结合PKM2,并且二者的相互作用主要发生在细胞周期间期。体外激酶实验证明Aurora A可以磷酸化PKM2,同时质谱实验鉴定到PKM2蛋白上第45位苏氨酸（T45）是Aurora A主要的磷酸化位点。已有研究报道翻译后修饰能够通过改变PKM2四聚体组成进而调控PKM2酶活。接下来,PKM2丙酮酸激酶活性检测实验结果显示,PKM2T45位点的磷酸化抑制其酶活。交联实验和蛋白结构分析发现,T45位点的磷酸化通过PKM2上第385位谷氨酸的电荷斥力减少α螺旋的稳定性,进而抑制PKM2四聚体的组成并导致PKM2酶活降低。论文进一步通过糖酵解关键指标检测实验和同位素标记代谢流实验发现,PKM2酶活降低促进肿瘤细胞有氧糖酵解以及糖酵解上游合成代谢通路如戊糖磷酸途径和丝氨酸从头合成途径的活化。肿瘤细胞中表达不能被Aurora A磷酸化的PKM2T45A突变体能显著抑制有氧糖酵解。同时,肿瘤细胞中表达PKM2T45A突变体显著抑制糖酵解上游中间代谢物如G6P、PEP、IMP、丝氨酸以及NADPH的积累。这些积累的代谢物和NADPH能够为快速增殖的肿瘤细胞提供生物大分子合成所需的物质和能量。本文最后通过肿瘤细胞在体内体外的增殖实验来探究Aurora A磷酸化PKM2的病理意义。增殖实验结果显示,表达PKM2T45A突变体的肿瘤稳定细胞系的增殖能力、克隆形成能力以及在小鼠体内移植瘤的生长都受到显著抑制。综上,本论文研究发现肿瘤细胞中高表达的Aurora A在细胞周期间期结合糖酵解关键代谢酶PKM2并磷酸化PKM2第45位苏氨酸。PKM2 T45位点的磷酸化通过抑制其四聚体组成进而抑制PKM2酶活。PKM2酶活降低促进有氧糖酵解和糖酵解上游中间代谢物的积累并最终促进肿瘤细胞体内体外的增殖。本研究揭示了 Aurora A促进肿瘤进程的新机制,即在营养匮乏的情况下,通过磷酸化PKM2促进肿瘤细胞的糖酵解和合成代谢。这些发现为理解细胞周期和肿瘤代谢的交互调控提供了新机制,为靶向Aurora A的肿瘤临床前研究提供依据。