腫瘍M2-PK

腫瘍 M2-PK は、腫瘍代謝における重要な酵素であるピルビン酸キナーゼアイソザイムM2 ( PKM2 )の二量体の同義語です。腫瘍 M2-PK は、 PSAなどの臓器特異的腫瘍マーカーではなく、多くの腫瘍タイプで上昇する可能性があります。大腸腫瘍のスクリーニング方法として、便 (糞便) レベルの上昇が調査されており、EDTA血漿レベルは、さまざまな癌の経過観察への応用可能性について試験中です。

腫瘍 M2-PK (M2-PK の二量体) を特異的に認識する2 つのモノクローナル抗体に基づくサンドイッチELISA は、それぞれ便および EDTA 血漿サンプル中の腫瘍 M2-PK の定量に使用できます。バイオマーカーとして、便および EDTA 血漿中の腫瘍 M2-PK の量は、腫瘍の特定の代謝状態を反映します。

便で測定されるM2-PKは、大腸がんの潜在的な腫瘍マーカーです。カットオフ値4 U/mlで便で測定した場合、大腸がんの感度は85%（95%信頼区間65～96%）、直腸がんの感度は56%（信頼区間41～74%）と推定されています。^[1]特異度は95%です。^[2]

M2-PK検査は潜血（ELISA法）に依存しないため、出血性または非出血性の大腸癌やポリープを高感度、高特異度で偽陰性なく検出できますが、偽陽性が発生する可能性があります。^[3]

ほとんどの人は、非侵襲性の予防医療検査を受けることをいといません。したがって、便サンプル中の腫瘍 M2-PK を測定し、大腸内視鏡検査で腫瘍 M2-PK 陽性の結果を明らかにすることは、大腸癌の早期発見の進歩となる可能性があります。CE マーク付きのM2-PK テストは、定量的結果を得るための ELISA テストとして、または数分以内に結果を受け取るポイント オブ ケア テストとして利用できます。

腫瘍M2-PKは肺がんの診断にも有用であり、 SCCおよびNSE 腫瘍マーカーよりも優れています。^[4]腎細胞がん（RCC）の場合、M2PK検査は転移性RCCに対して66.7％、非転移性RCCに対して27.5％の感度を持っていますが、M2PK検査では膀胱の移行上皮がん、前立腺がん、良性前立腺肥大症を検出できません。^[5]

さまざまな国際ワーキンググループの研究により、腎臓、肺、乳房、子宮頸部、消化管（食道、胃、膵臓、結腸、直腸）の腫瘍、および黒色腫の患者の EDTA 血漿サンプル中の腫瘍 M2-PK の量が著しく増加していることが明らかになりました。これは腫瘍のステージと相関しています。

腫瘍 M2-PK を、腸がんのCEA、膵臓がんの CA 19-9、胃がんの CA 72-4 などの適切な従来の腫瘍マーカーと組み合わせると、さまざまながんを検出する感度が大幅に向上します。

EDTA 血漿中の腫瘍 M2-PK 検査の重要な用途は、腫瘍治療中の追跡調査、選択された治療の成功または失敗の監視、および「治癒」と生存の可能性の予測です。

腫瘍の M2-PK レベルが治療中に低下し、その後も低いままであれば、治療が成功したことを示します。治療中または治療後に腫瘍の M2-PK 値が上昇した場合は、再発や転移が疑われます。

腫瘍の M2-PK 値の上昇は重度の炎症性疾患でも発生することがあるため、鑑別診断によって除外する必要があります。

ピルビン酸キナーゼは、解糖系の最後の段階であるホスホエノールピルビン酸のピルビン酸への脱リン酸化を触媒し、解糖系経路における正味のエネルギー生成を担っています。組織のさまざまな代謝機能に応じて、ピルビン酸キナーゼのさまざまなアイソザイムが発現します。

M2-PK（PKM2 ）は、線維芽細胞、胚細胞、成体幹細胞などの増殖細胞や、肺、膀胱、腎臓、胸腺を含むほとんどのヒト組織に存在する主要なピルビン酸キナーゼアイソフォームです。M2-PKは多くのヒト腫瘍で増加しています。^[6]

M2-PK は増殖細胞内で 2 つの異なる形で発生します。

• 4つのサブユニットからなる四量体
• 2つのサブユニットからなる二量体。

M2-PK の四量体形態は、その基質であるホスホエノールピルビン酸 (PEP) との親和性が高く、生理的 PEP 濃度で非常に活性です。さらに、M2-PK の四量体形態は、いわゆる解糖酵素複合体内の他のいくつかの解糖酵素と関連しています。酵素が近接しているため、解糖酵素複合体内の関連により、グルコースから乳酸への非常に効率的な変換が実現します。M2-PK が主に高活性四量体形態である場合 (ほとんどの正常細胞の場合)、グルコースは主に乳酸に変換され、それに伴いエネルギーが生成されます。

対照的に、M2-PK の二量体形態はホスホエノールピルビン酸に対する親和性が低く、生理的 PEP 濃度ではほとんど不活性です。腫瘍細胞の場合のように、M2-PK が主に二量体形態である場合、ピルビン酸キナーゼより上のすべてのリン酸化代謝産物が蓄積し、腫瘍細胞などの増殖性の高い細胞の重要な細胞構成要素である核酸、リン脂質、アミノ酸などの解糖中間体から分岐する合成プロセスに送られます。

ピルビン酸キナーゼは解糖系において重要な役割を果たしているため、M2-PK のテトラマー：ダイマー比によって、グルコース炭素がピルビン酸と乳酸に変換されてエネルギーが生成される（テトラマー型）か、合成プロセスに送られる（ダイマー型）かが決まります。腫瘍細胞では、M2-PK は主にダイマー型です。そのため、M2-PK のダイマー型は腫瘍 M2-PKと呼ばれています。

腫瘍細胞における M2-PK の二量体化は、M2-PK とさまざまな腫瘍タンパク質との直接的な相互作用によって誘導されます。

しかし、M2-PK のテトラマー:ダイマー比は一定ではありません。

酸素欠乏または、フルクトース 1,6-ビスリン酸 (フルクトース 1,6-P2) やアミノ酸セリンなどの高度に蓄積された解糖中間体は、M2-PK の二量体形態から四量体形態への再結合を誘発します。その結果、M2-PK の活性化により、フルクトース 1,6-P2 レベルが特定の閾値を下回るまで、エネルギー生成下でグルコースがピルビン酸と乳酸に変換され、これにより M2-PK の四量体形態が二量体形態に解離します。その後、フルクトース 1,6-P2 レベルが特定の上限閾値に達すると、振動サイクルが再び始まり、M2-PK の四量体化が誘発されます。

M2-PK が主に活性の低い二量体型である場合、アミノ酸のグルタミンがアスパラギン酸、ピルビン酸、乳酸に分解されることによりエネルギーが生成されます。この反応はグルタミノリシスと呼ばれます。

腫瘍細胞において、酸素の存在下での乳酸生成速度の増加はワールブルグ効果と呼ばれています。

ピルビン酸キナーゼ M2 酵素は、がんを発症しやすいブルーム症候群患者の細胞で発見された 2 つのミスセンス変異 H391Y と K422R とともに初めて報告されました。結果は、サブユニット間接触ドメインに変異が存在するにもかかわらず、K422R および H391Y 変異タンパク質は野生型タンパク質と同様にホモテトラマー構造を維持しましたが、それぞれ 75% と 20% の活性低下を示しました。H391Y は、基質ホスホエノールピルビン酸に対する親和性が 6 倍増加し、協調的結合が損なわれた非アロステリックタンパク質のように動作しました。しかし、ホスホエノールピルビン酸に対する親和性は K422R では大幅に失われました。 K422Rとは異なり、H391Yは、熱安定性の向上、さまざまなpH値での安定性、アロステリック阻害剤Pheの影響の低減、および活性化因子（フルクトース1,6-ビスリン酸）と阻害剤（Phe）の結合による構造変化に対する耐性を示した。両方の変異体は、最適pHが7.4から7.0にわずかにシフトした。^[7]細胞環境でホモ四量体の野生型と変異体PKM2を共発現し、モノマーレベルで2つの相互作用が生じることは、in vitro実験によってさらに実証された。クロスモノマー相互作用は、PKM2のオリゴマー状態を著しく変化させ、二量体化とヘテロ四量体化を促進した。in silico研究では、ヘテロオリゴマー化がエネルギー的に有利であることを示す追加の裏付けが提供された。 PKM2のヘテロオリゴマー集団は活性と親和性が変化し、その発現は大腸菌と哺乳類細胞の増殖率の増加と倍数性の増加をもたらしました。これらの特徴は腫瘍の進行に必須であることが知られています。^[8]

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• 解糖
• 腫瘍メタボローム
• PKM2

• Hardt PD、Mazurek S、Toepler M、Schlierbach P、Bretzel RG、Eigenbrodt E、Kloer HU (2004)。「糞便腫瘍M2ピルビン酸キナーゼ：大腸がんの新しい高感度スクリーニングツール」。British Journal  of Cancer。91 ( 5 ): 980–984。doi :10.1038/ sj.bjc.6602033。PMC 2409989。PMID 15266315。 
• Koss K、Maxton D、Jankowski JAZ。大腸がん（CRC）のスクリーニングにおける糞便二量体M2ピルビン酸キナーゼ（腫瘍M2-PK）の潜在的利用。Digestive Disease Week、2005年5月、米国シカゴからの要約。
• Mc Loughlin R、Shiel E、Sebastian S、Ryan B、O´Connor HJ、O´Morain C. 腫瘍 M2-PK、大腸がんの新しいスクリーニングツール。2005 年 5 月、シカゴ/米国消化器疾患週間からの要約

• Cerwenka H、Aigner R、Bacher H、Werkgartner G、El-Shabrawi A、Quehenberger F、Mischinger HJ (1999)。「良性、悪性、転移性膵臓病変患者におけるTUM2-PK (ピルビン酸キナーゼ型腫瘍M2)、CA19-9、CEA」。Anticancer Res. 19 (1B): 849–52。PMID 10216504  。
• Kaura B、Bagga R、Patel FD (2004)。「子宮頸癌の腫瘍マーカーとしてのピルビン酸キナーゼアイソザイム腫瘍 (Tu M2-PK) の評価」。J . Obstet. Gynaecol. Res. 30 (3): 193–196. doi :10.1111/j.1447-0756.2004.00187.x. PMID  15210041. S2CID  31214841。
• Kim CW、Kim JI 、 Park SH、他 (2003 年 11 月)。「消化管癌の診断における血漿腫瘍 M2-ピルビン酸キナーゼの有用性」。韓国消化器病学会誌 = Taehan Sohwagi Hakhoe Chi。42 ( 5 ): 387–93。PMID  14646575。
• Lüftner D、Mesterharm J、Akrivakis C、Geppert R、Petrides PE、Wernecke KD、Possinger K (2000)。「進行乳がんにおける腫瘍M2-ピルビン酸キナーゼの発現」。Anticancer Res. 20 ( 6D): 5077–5082。PMID  11326672。
• Oremek GM、Teigelkamp S、Kramer W、Eigenbrodt E、Usadel KH (1999)。「腎癌の腫瘍マーカーとしてのピルビン酸キナーゼアイソザイム腫瘍M2 (Tu M2-PK)」。Anticancer Res. 19 (4A): 2599–2601。PMID 10470201  。
• Schneider J、Morr H、 Velcovsky HG、Weisse G、Eigenbrodt E (2000)。「肺がん患者の血漿中の腫瘍M2-ピルビン酸キナーゼの定量的検出と他の肺疾患との比較」。癌検出と予防。24 (6): 531–5。PMID 11198266  。
• Schneider J、Schulze G (2003)。「消化器癌の診断における腫瘍 M2-ピルビン酸キナーゼ (腫瘍 M2-PK)、癌胎児性抗原 (CEA)、炭水化物抗原 CA 19-9 および CA 724 の比較」。Anticancer Res . 23 (6D): 5089–5095。PMID  14981971。
• Ugurel S、Bell N、Sucker A、Zimpfer A、Rittgen W、Schadendorf D (2005)。「黒色腫における新しい血漿腫瘍マーカーとしての腫瘍型M2ピルビン酸キナーゼ（TuM2-PK）」。Int. J. Cancer . 117 (5): 825–830. doi : 10.1002/ijc.21073 . PMID  15957165。
• ヴェントルッチ M、チポッラ A、ラッキーニ C、カサデイ R、シモーニ P、グッロ L (2004)。 「腫瘍 M2 ピルビン酸キナーゼ、膵臓がんの新しい代謝マーカー」。掘る。ディス。科学。 49 (7–8): 1149–1155。ドイ:10.1023/B:DDAS.0000037803.32013.aa。PMID  15387337。S2CID 1237419  。
• Wechsel HW、Petri E、Bichler KH、Feil G (1999)。「腎癌 (RCC) のマーカー: ピルビン酸キナーゼ M2 型の二量体 (Tu M2-PK)」。Anticancer Res. 19 (4A): 2583–2590。PMID 10470199  。
• Zhang B、Chen JY、Chen DD、Wang GB、Shen P (2004)。「胃がん、大腸がん、対照群における腫瘍型M2ピルビン酸キナーゼの発現」。World J. Gastroenterol. 10 (11): 1643–1646. doi : 10.3748/wjg.v10.i11.1643 . PMC  4572770 . PMID  15162541。

• Mazurek S、Boschek CB、Hugo F、Eigenbrodt E (2005)。「ピルビン酸キナーゼ M2 型と腫瘍の成長および拡散におけるその役割」。Semin . Cancer Biol . 15 (4): 300–308. doi :10.1016/j.semcancer.2005.04.009. PMID  15908230。

• 診断バイオマーカーとしての腫瘍M2-PK
• ピルビン酸キナーゼアイソザイムM2型