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细胞的癌变往往伴随着代谢方式的改变,肿瘤细胞的高速增殖需细胞不断从环境中吸收营养物质,并产生大量能量来维持细胞的增殖活力。在这个过程中,肿瘤细胞的糖酵解能力得以增强,并发挥促癌作用。然而关于肿瘤细胞中有氧糖酵解增强的原因尚未得到完全解答。因此,探索肿瘤细胞糖代谢的调控机制具有重要研究意义。核受体6亚家族成员1(nuclear receptor subfamily 6 group member1,NR6A1)是一个生殖核因子,其功能涉及多种生物调节作用。目前关于NR6A1的研究大多是根据其作为转录抑制子发挥作用,探讨其在胚胎发育及细胞分化过程中的作用机制。尽管有文章认为NR6A1可促进前列腺癌细胞的增殖及迁移,可能是前列腺癌标志物和肿瘤-睾丸抗原家族新成员,但迄今关于其在肿瘤中的研究甚少,具体的分子作用机制也未知。为了探讨NR6A1在肿瘤细胞糖代谢中的作用机制,本研究以人宫颈癌细胞Hela、肝内胆管癌细胞TFK1、肺腺癌细胞A549为实验材料,开展了如下几个方面的工作:
1、发现了NR6A1促进Hela、TFK1、A549细胞的增殖
选择7种来自不同器官类型的肿瘤细胞系进行NR6A1的表达分析,确定NR6A1高表达的三种细胞系Hela、TFK1、A549作为实验材料进行后续的研究。在三种细胞中分别RNA干扰NR6A1的表达,通过CCK8、EDU染色及免疫印迹检测细胞的增殖活力及增殖相关抗原PCNA蛋白表达。由结果得知,干扰NR6A1表达后,三种细胞中PCNA蛋白表达明显下调并且细胞的增殖能力受到显著抑制。表明干扰NR6A1可抑制肿瘤细胞增殖。
2、明确了NR6A1增强Hela、TFK1、A549细胞的糖酵解
在Hela、TFK1、A549细胞中RNA干扰NR6A1的表达,从生化水平检测三种细胞乳酸生成量,葡萄糖摄取量、ATP水平及细胞线粒体膜电位变化。免疫印迹检测三种细胞糖酵解关键酶、线粒体动力学相关蛋白及糖酵解相关信号通路(AMPK、mTOR、P38、ERK1/2)蛋白表达情况。由实验结果得知,将NR6A1干扰后三种细胞葡萄糖消耗、乳酸生成均明显减少,ATP水平和线粒体膜电位降低,且糖酵解关键酶HK1/2、线粒体分裂蛋白DRP1表达均明显下调。糖酵解相关信号通路分子p38及ERK1/2蛋白的磷酸化水平在Hela及A549细胞中明显下调,在TFK1细胞中的变化则不明显;而mTOR的总蛋白水平和磷酸化水平在三种NR6A1敲低的肿瘤细胞中均表现出显著下调。表明NR6A1在肿瘤细胞的糖酵解过程中发挥调控作用,干扰NR6A1后肿瘤细胞的糖酵解过程受到抑制且线粒体功能出现障碍。
3、阐明了NR6A1通过mTOR增强糖酵解从而促进肿瘤增殖
在干扰了NR6A1的A549细胞中加入mTOR磷酸化激活剂MHY1485来回补NR6A1的功能,检测细胞的增殖能力、代谢水平以及线粒体功能是否得到恢复。发现加入MHY1485后,mTOR磷酸化水平明显上调。同时,除了细胞膜电位无明显变化之外,葡萄糖摄取、乳酸及ATP产量均有所提升,并且细胞增殖得到恢复。进一步利用肿瘤基因组图谱(the cancer genome atlas,TCGA)数据在肺腺癌患者中分析NR6A1与HK1、HK2、DRP1及mTOR的表达相关性,结果显示NR6A1的表达与DRP1及mTOR呈现明显的正相关。Kaplan-Meier分析表明高表达NR6A1患者的生存期明显低于NR6A1低表达的患者。
综上,NR6A1可通过mTOR信号增强糖酵解,从而促进肿瘤细胞的增殖。在肺腺癌患者中,NR6A1的高表达预示着不良预后,提示其可作为肿瘤诊治的潜在靶标。
1、发现了NR6A1促进Hela、TFK1、A549细胞的增殖
选择7种来自不同器官类型的肿瘤细胞系进行NR6A1的表达分析,确定NR6A1高表达的三种细胞系Hela、TFK1、A549作为实验材料进行后续的研究。在三种细胞中分别RNA干扰NR6A1的表达,通过CCK8、EDU染色及免疫印迹检测细胞的增殖活力及增殖相关抗原PCNA蛋白表达。由结果得知,干扰NR6A1表达后,三种细胞中PCNA蛋白表达明显下调并且细胞的增殖能力受到显著抑制。表明干扰NR6A1可抑制肿瘤细胞增殖。
2、明确了NR6A1增强Hela、TFK1、A549细胞的糖酵解
在Hela、TFK1、A549细胞中RNA干扰NR6A1的表达,从生化水平检测三种细胞乳酸生成量,葡萄糖摄取量、ATP水平及细胞线粒体膜电位变化。免疫印迹检测三种细胞糖酵解关键酶、线粒体动力学相关蛋白及糖酵解相关信号通路(AMPK、mTOR、P38、ERK1/2)蛋白表达情况。由实验结果得知,将NR6A1干扰后三种细胞葡萄糖消耗、乳酸生成均明显减少,ATP水平和线粒体膜电位降低,且糖酵解关键酶HK1/2、线粒体分裂蛋白DRP1表达均明显下调。糖酵解相关信号通路分子p38及ERK1/2蛋白的磷酸化水平在Hela及A549细胞中明显下调,在TFK1细胞中的变化则不明显;而mTOR的总蛋白水平和磷酸化水平在三种NR6A1敲低的肿瘤细胞中均表现出显著下调。表明NR6A1在肿瘤细胞的糖酵解过程中发挥调控作用,干扰NR6A1后肿瘤细胞的糖酵解过程受到抑制且线粒体功能出现障碍。
3、阐明了NR6A1通过mTOR增强糖酵解从而促进肿瘤增殖
在干扰了NR6A1的A549细胞中加入mTOR磷酸化激活剂MHY1485来回补NR6A1的功能,检测细胞的增殖能力、代谢水平以及线粒体功能是否得到恢复。发现加入MHY1485后,mTOR磷酸化水平明显上调。同时,除了细胞膜电位无明显变化之外,葡萄糖摄取、乳酸及ATP产量均有所提升,并且细胞增殖得到恢复。进一步利用肿瘤基因组图谱(the cancer genome atlas,TCGA)数据在肺腺癌患者中分析NR6A1与HK1、HK2、DRP1及mTOR的表达相关性,结果显示NR6A1的表达与DRP1及mTOR呈现明显的正相关。Kaplan-Meier分析表明高表达NR6A1患者的生存期明显低于NR6A1低表达的患者。
综上,NR6A1可通过mTOR信号增强糖酵解,从而促进肿瘤细胞的增殖。在肺腺癌患者中,NR6A1的高表达预示着不良预后,提示其可作为肿瘤诊治的潜在靶标。