谷氨酰胺酶及谷氨酰胺代谢异常在肝癌发病中的作用机制研究

One of the emerging hallmarks of cancer has been the deregulated cellular metabolism, which provides the cancer cells with growth advantages. We have documented previously that oncogenic cMyc regulates mitochondrial glutaminase and glutamine metabolism in cancer cells(Gao P. et al, Nature 2009). More recently, in our unpublished preliminary observations, we discovered that glutaminase expression was deregulated in liver cancers of both mouse models and human samples. Therefore, in this study, we propose to further study the significance of deregulated glutaminase and glutamine metabolism in liver cancer development and its underlying mechanisms.We also explore the possibility to inhibit liver cancer growth by targeting glutamine metabolism, with a purpose to identify new molecular targets for liver cancer therapy.

肿瘤细胞中的代谢异常改变已经被公认为肿瘤的新的十大特征之一。这种肿瘤特征性的代谢异常在赋予肿瘤特异的增殖优势的同时，也必将为肿瘤的治疗提供难得的机会。我们前期工作发现，癌基因 cMyc 调控谷氨酰胺酶GLS1的表达，从而调节谷氨酰胺代谢（Gao P et al., Nature 2009）。我们尚未发表的系列研究结果进一步表明,当肝癌发生时,谷氨酰胺酶的表达出现明显的异常改变。但我们尚不清楚谷氨酰胺酶及谷氨酰胺代谢的异常改变是否在人类癌症发病中起重要的作用。肝脏是体内最重要的代谢器官,肝癌又是我国多发的重大顽疾，目前尚没有有效的治疗方法。因此，本项目将通过采用细胞、模式动物及临床样品等体系，来研究谷氨酰胺酶及谷氨酰胺代谢异常在肝癌发病中的作用及其分子机制。我们的目标是揭示肝癌发病的新机制，并探索通过干预谷氨酰胺代谢或通过联合干预其它肿瘤信号通路来靶向治疗肿瘤的新方法。

按照计划书，本项目主要针对肿瘤发生发展过程中出现的代谢异常这一新的肿瘤特征，通过采用细胞、模式动物及临床样品等体系，来研究谷氨酰胺酶及谷氨酰胺代谢异常在肝癌发病中的作用及其分子机制。本课题的主要任务是建立实验模型及收集不同的肿瘤样品，并在不同条件下体外培养肿瘤细胞以及分析各种样品中基因及蛋白水平的表达，进而解析肝癌发生发展过程中的谷氨酰胺酶及谷氨酰胺代谢相关的异常变化。针对这些研究内容和任务，我们取得了较好的进展。我们发现：1)在肝癌样品中谷氨酰胺代谢关键酶GLS1的表达明显高于正常组织，提示GLS1的异常表达与肝癌高度相关；2)在小鼠肝癌模型中，我们发现随着肝癌的发生发展，肝癌组织中的GLS1的表达升高，而GLS2下降；3)用GLS1抑制剂能够抑制肿瘤细胞在体内外的增殖。部分结果已经通过与美国UPENN 的 Chi Dang 博士课题组的协作而于2015年发表于JCI杂志上 （Xiang Y, et al., The Journal of Clinical Investigation.2015）；4），为了进一步解析谷氨酰胺促进肿瘤细胞存活以及增殖的分子机制，我们利用肝癌细胞在谷氨酰胺缺失的条件下培养，并与低氧、缺糖以及无血清等条件进行比较，通过RNA-seq， 测定了不同条件下的基因表达谱的变化。发现了肝癌细胞在营养缺失条件下通过激活丝氨酸合成通路促进其存活及增殖（Sun L et al., Cell Res. 2016）; 发现了在营养缺失条件下，肝癌细胞通过利用酮体而获得特殊能源的新机制(Huang D et al. Cell Res, 2016)。总体而言，本项目进展顺利，完成了各项预期目标。在本项目资助下，我们发表了相关的SCI论文11篇，包括Nature Communications 3篇, EMBO J 2篇，Cell Research 2篇，均标注了本基金的支持。还有若干项有关谷氨酰胺代谢研究的重要成果正在总结之中。