癌细胞会对其新陈代谢进行重新编程,以支持其快速生长和增殖的需求。这种代谢重编程是多种癌症的标志,而其中最早发现的代谢重编程表现为葡萄糖摄取的增加;同时,即使在线粒体功能正常和氧气充足的情况下,癌细胞也会加速糖酵解到乳酸的生成,这种现象被称为“Warburg效应”或有氧糖酵解。这种代谢重编程为癌细胞提供了ATP和生物合成的基础,包括中间代谢物、核苷酸、蛋白质和膜成分的生物合成。由于癌细胞严重依赖有氧糖酵解来生存和增殖,解码糖酵解酶和代谢物在癌变过程中的精确功能将为研发新的肿瘤预测性生物标记物和抗癌药物具有重大意义。本课题组前期的研究发现,外源性丙酮酸能显著地抑制癌细胞增殖与组蛋白基因表达,但其调控机制尚不清楚。在这项研究中,我们主要研究了丙酮酸抑制组蛋白基因表达与肿瘤发生的分子机制。具体研究内容如下:1.丙酮酸通过NAMPT-NAD+-SIRT1途径抑制组蛋白表达体外添加丙酮酸能显著抑制组蛋白基因的表达,该抑制作用来源于丙酮酸自身而不是其代谢产物。为了探究丙酮酸对转录组的影响,我们通过RNA测序（RNA-seq）,发现丙酮酸显著地上调而非下调基因的表达。通过KEGG通路分析发现丙酮酸显著调控烟酸和烟酰胺代谢。进一步研究发现,丙酮酸通过肌细胞增强因子2C（MEF2C）诱导NAD+生物合成酶——烟酰胺磷酸核糖基转移酶（NAMPT）的表达,然后通过NAD+激活组蛋白去乙酰化酶SIRT1从而降低组蛋白基因启动子区域H3K9ac的水平来抑制组蛋白基因表达。2.丙酮酸通过NAMPT-NAD+-SIRT1途径抑制细胞增殖和肿瘤生长。为了探究外源性丙酮酸是否通过抑制NAMPT-NAD+-SIRT1途径的组蛋白基因表达来抑制细胞增殖。通过在对照和敲低MEF2C、NAMPT、SIRT1的细胞中添加丙酮酸处理发现,丙酮酸明显抑制了对照细胞的生长却对MEF2C、NAMPT、SIRT1敲低的细胞没有显著效果。同时我们向裸鼠中注射对照shRNA（Control shRNA）和稳定敲低SIRT1（SIRT1 shRNA）的细胞,发现丙酮酸能够显著抑制对照细胞中的肿瘤生长但不影响SIRT1敲低的裸鼠肿瘤。这些数据表明外源丙酮酸通过激活SIRT1来抑制组蛋白基因表达并抑制肿瘤发生。阐明丙酮酸抑制组蛋白基因表达和癌细胞增殖的分子机制,不仅从组蛋白修饰角度揭示了组蛋白表达调控的新机制,还为代谢物作为信号分子抑制肿瘤生长提供了新证据,从而为抗肿瘤药物的研究提供了良好的靶点。