MicroRNA对肝癌细胞代谢的调控及其分子机制研究

The abnormal energy metabolism is one of the hallmarks of cancer cells. The phenomenon widely known as the Warburg effect describes the ability of tumor cells to rely on aerobic glycolysis to maintain cell growth and proliferation. This provides a rapid way to produce the energy and metabolites required for the high rate of anabolism that drives the dramatically increased proliferation of cancer cells. Emerging evidence shows that intracelluar oncogenic signaling pathways play a key role in regulating cellular metabolism in the development and progression of human cancer. Recent reports also demonstrated that microRNAs function importantly in modulating the Warburg effects of cancer cells, however, the molecular mechanisms is still largely unknown. In the proposal, we aim to perform a high-throughput screening to identify the miRNAs that can act as the regulators for lactate secretion of HeLa cell. Next, through integrating the miRNA expression profile of hepatocellular carcinoma and the experimental data about the miRNAs that affect the lactate secretion of HCC cells, we further investigate the role and molecular mechanism of the candidate miRNAs in regulating HCC cell metabolism and hepatic carcinogenesis. This study will facilitate us to better understand the biology of HCC and will benefit for the discovery of novel therapeutic targets for the treatment of HCC.

代谢异常是肿瘤细胞的一个重要特征，无论氧气是否充足肿瘤细胞都更倾向于通过糖酵解获取能量，将葡萄糖转化成乳酸，即Warburg效应。现有证据表明细胞代谢在肿瘤发生发展中起着非常重要的作用，细胞内信号通路的改变是Warburg效应的主要成因。近来研究显示microRNA（miRNA）对肿瘤代谢亦具有重要的调控作用，然而，哪些miRNA参与调控肿瘤细胞代谢，又如何调控肿瘤细胞代谢亟待阐明。本研究拟基于肿瘤代谢中糖酵解激活，乳酸分泌增加这一特征，利用HeLa工具细胞对人类miRNA文库进行高通量筛选，鉴定出对肿瘤细胞乳酸分泌有调节作用的miRNAs；研究这些miRNAs在肝癌组织中的表达及对肝癌细胞乳酸分泌的影响，鉴定出在肝癌中差异表达且对肝癌细胞代谢有调节作用的miRNA分子；进一步研究这些miRNA分子在肝癌细胞代谢中的作用及其分子机制，有望为肝癌发病机理的阐明和发展新型治疗策略提供实验依据。

代谢异常是肿瘤细胞的一个重要特征，无论氧气是否充足肿瘤细胞都更倾向于通过糖酵解获取能量，将葡萄糖转化成乳酸，即Warburg效应。现有证据表明细胞代谢在肿瘤发生发展中起着非常重要的作用，细胞内信号通路的改变是Warburg效应的主要成因。近来研究显示microRNA（miRNA）对肿瘤代谢亦具有重要的调控作用，然而，哪些miRNA参与调控肿瘤细胞代谢，又如何调控肿瘤细胞代谢亟待阐明。本研究基于肿瘤代谢中糖酵解激活，乳酸分泌增加这一特征，利用HeLa工具细胞对人类miRNA文库进行高通量筛选，鉴定出对肿瘤细胞乳酸分泌有调节作用的miRNAs；并阐明相关miRNA分子在肝癌细胞代谢中的作用及其分子机制，有望为肝癌发病机理的阐明和发展新型治疗策略提供实验依据。通过整合肝癌表达谱数据，发现miR-199a-5p在肝癌中表达下调；miR-199a-5p显著抑制肝癌细胞葡萄糖代谢、肝癌细胞的增殖、克隆形成、DNA合成和裸鼠皮下成瘤能力；机制研究发现miR-199a-5p直接靶向己糖激酶HK2 3’UTR并抑制其表达，HK2是miR-199a-5p下游功能靶基因。进一步结合以上高通量筛选结果和结直肠癌miRNA表达谱数据，发现miR-124能够直接靶向磷酸戊糖通路的两个代谢酶—PRPS1和RPIA，抑制结直肠癌细胞的葡萄糖消耗量、乳酸产量以及细胞内的ATP水平、并影响结直肠癌细胞的核酸合成，减缓细胞的体内、外生长速度。miR-124，PRPS1和RPIA在结直肠癌组织中均表达异常，可以用于结直肠癌病人的预后预测。另外，结合以上高通量筛选结果和胃癌miRNA表达谱数据，发现miR-129-5p能显著抑制胃癌细胞的乳酸分泌，葡萄糖消耗和ATP的产生。葡萄糖转运体3（GLUT3，也称作SLC2A3）为miR-129-5p发挥作用的功能性靶基因。PI3K-Akt及MAPK信号通路在miR-129-5p/SLC2A3调节胃癌细胞的葡萄糖代谢以及影响细胞增殖特性方面发挥了重要作用，为胃癌的治疗提供一个潜在的新靶标。