目的 丝氨酸是恶性肿瘤细胞消耗最多的非必需氨基酸之一.其代谢在肿瘤中过度激活,为肿瘤细胞快速增殖提供蛋白质、脂质和核苷酸等生物大分子.同时,为维持细胞氧化还原平衡、遗传和表观遗传状态提供功能性小分子代谢物.目前虽有研究揭示了丝氨酸在肿瘤中的作用,但其在食管癌中的作用和机制还知之甚少.食管鳞癌(esophageal squamous carcinoma,ESCC)占全球食管癌的90％,且治疗以放化疗辅助手术为主,缺乏有效的靶向药物.所以,深入探究丝氨酸在食管癌发生发展中的作用和机制,将为基于丝氨酸代谢的潜在治疗提供靶点,为食管癌的临床诊断和治疗提供理论依据,具有重要的临床价值和理论意义.方法 通过MTT 法检测外源性丝氨酸缺乏对ESCC 细胞增殖抑制作用；使用基于UPLC/Q-TOF-MS/MS 的代谢组学方法研究丝氨酸维持细胞增殖所依赖的代谢途径,以及丝氨酸的效应代谢物；采用流式细胞术检测丝氨酸缺乏对肿瘤细胞周期调控和ROS 水平；采用EdU 掺入法检测丝氨酸缺乏对DNA 合成抑制作用；采用免疫荧光分析丝氨酸缺乏后DNA 氧化损伤情况；采用转录组测序技术分析丝氨酸缺乏后差异基因的表达情况；同时,使用shRNA 干扰和ChIP-qPCR 等验证丝氨酸缺乏后ATF4 对丝氨酸从头合成代谢酶的转录调控作用.最后,采用裸鼠皮下瘤模型检测丝氨酸阻断后的体内抗肿瘤效果.结果 实验结果 显示,丝氨酸缺乏显著抑制ESCC 细胞增殖且诱导细胞S 期阻滞.水相代谢组学检测结果 显示丝氨酸缺乏后显著抑制嘌呤核苷酸从头合成通路、烟酰胺代谢通路、花生四烯酸代谢和相关氨基酸代谢通路.EdU 掺入法结果 显示丝氨酸缺乏显著抑制DNA 合成.同时,丝氨酸缺乏后ESCC细胞中NADPH/NAPD+和GSH/GSSG 比例显著下调,且细胞内活性氧水平和细胞对氧化压力敏感性显著升高.免疫荧光检测发现丝氨酸缺乏后细胞内8-OxoG 显著上调,提示丝氨酸缺乏导致DNA 氧化损伤.转录组测序发现丝氨酸缺乏后促发p53 依赖性的DNA 氧化损伤反应和细胞周期调控.作用机制研究显示丝氨酸缺乏诱导AMPKα 促进Raptor 磷酸化从而抑制mTORC1 介导的合成代谢.ChIPqPCR显示,丝氨酸缺乏促进ATF4 介导的丝氨酸从头合成代谢酶磷酸甘油酸脱氢酶(PHGDH)和磷酸丝氨酸氨基转移酶1(PSAT1)转录激活,从而导致内源性丝氨酸合成增加.体内实验显示,降低PSAT1 表达能显著抑制ESCC 在体内成瘤.同时,降低PSAT1 表达联合丝氨酸缺乏饮食,能够导致50％的裸鼠移植瘤模型不能成瘤.结论 本课题结合代谢组学和转录组学方法深入探讨了丝氨酸代谢对ESCC 细胞增殖的作用机制,揭示了丝氨酸通过一碳代谢合成嘌呤核苷酸和NADPH,共同支持ESCC 快速增殖和氧化还原稳态.丝氨酸缺乏导致的DNA 合成抑制和氧化损伤能激活p53 依赖的周期阻滞.机制研究阐明丝氨酸维持mTORC1 活性通过AMPKα/Raptor 信号通路介导.同时丝氨酸缺乏诱导ATF4 介导PHGDH 和PSAT1 转录激活,促进丝氨酸从头合成,维持细胞增殖.本研究通过阐明丝氨酸对ESCC 增殖的作用机制,为基于丝氨酸代谢的潜在治疗提供了理论依据.