甘氨酸脱羧酶（GLDC）通过增强Warburg效应促进前列腺癌转移的分子机制

Tumor metastasis is the leading cause of prostate cancer death. Over activation of metastases promoting gene and Warburg effect play a crucial role in prostate cancer metastasis. Our previous research found that glycine decarboxylase (GLDC) was over expressed in metastatic prostate cancer cells and tissue. And we have confirmed that GLDC expression can significantly promote prostate cancer cell migration in vitro. But the mechanism is still unknown. Present study demonstrated that GLDC could enhance the glycolysis in non-small cell lung cancer stem cells and promote tumorigenic ability. Our previous research has also found that the glycolysis level was significantly alternated by the ectopic expression of GLDC in prostate cancer cells. In addition, bioinformatics analysis predicted that HIF-1α could directly bond to the promoter of GLDC and regulate its expression. Accordingly, in this study, we intend to further investigate the regulatory mechanisms for GLDC over expression in prostate cancer cell, and to clarify that GLDC is a new gene for inducing Warburg effect in prostate cancer. We also aim to confirm that GLDC promote prostate cancer metastasis via inducing Warburg effect. Furthermore, to confirm GLDC is new genes that promote the metastasis of prostate cancer in animal experiments and clinical samples. The finish of this project might provide a potential new target for precision treatment of prostate cancer.

转移仍是前列腺癌患者死亡的首要原因，转移促进基因的过度激活及肿瘤细胞特有的Warburg效应在此过程中发挥至关重要的作用。课题组前期研究发现甘氨酸脱羧酶（GLDC）在转移性前列腺癌细胞及组织中过表达，并在体外实验中证实GLDC过表达可显著提高前列腺癌细胞的迁徙能力，但其机制不明。文献报道，GLDC可通过促进非小细胞肺癌干细胞内糖酵解而增强其成瘤能力。课题组前期研究还发现GLDC差异性表达后前列腺癌细胞内糖酵解水平发生显著改变，生物信息学预测发现HIF-1α可直接调控GLDC表达。据此，本研究拟进一步探讨GLDC在转移性前列腺癌表达上调的调控机制；阐明GLDC是诱导Warburg效应的新基因，并通过此效应介导前列腺癌转移的分子机制；并在动物实验及临床样本中证实GLDC是促进前列腺癌转移的新基因。以期为前列腺癌的精准治疗提供潜在新靶点。

1、前列腺癌细胞中GLDC高表达的原因及转录调控机制：课题前期发现GLDC在转移性前列腺癌及组织中明显高表达。但其机制不明。缺氧导致缺氧诱导因子的过表达，进而调控下游靶基因的表达，这些靶基因进一步促进糖酵解的循环调控机制是Warburg效应主要调控机制。在此研究基础上，本课题证实1）、在临床组织标本中证实HIF-1α与GLDC的表达呈正相关，通过生物信息学外部数据库仍证实这一结论。2）、在体外实验中证实了HIF-1α可上调GLDC的表达，并证实HIF-1α可直接与GLDC转录其实区域结合，调控其表达。进而阐明了GLDC在转移性前列腺癌中过表达的分子机制。.2、GLDC是促进前列腺癌转移的新基因：前期研究课题组通过转染使前列腺癌细胞内GLDC差异性表达，Transwell实验证实转染前后前列腺癌侵袭、迁移能力发生了明显改变。从细胞水平证实GLDC可增强前列腺癌的迁徙能力。进一步构建GLDC过表达及knock down的稳定细胞株，将相同数量的细胞种植到小鼠体内，通过活体成像技术观察其形成转移瘤能力的差异，在体内证实GLDC可促进前列腺癌转移。并在临床样本中证实了这一新功能。.3、GLDC是增强前列腺癌细胞内Warburg效应的新基因：本研究证实在缺氧及有氧条件下，GLDC高表达时前列腺癌细胞内葡萄糖摄取、糖酵解能力显著增高，初步证实其对Warburg效应的调控作用。通过构建点突变载体，改变GLDC酶活性，证实GLDC主要通过其酶活性调控前列腺癌细胞糖酵解能力。.4、GLDC通过Warburg效应介导前列腺癌转移：本研究通过体内外实验证实GLDC具有促进前列腺癌侵袭转移的功能。同时，我们通过点突变改变GLDC的酶活性。检测前列腺癌细胞迁徙和转移能力的变化。也证实GLDC通过代谢促进前列腺癌转移。也证实GLDC可以调控AR，AR-V7，STAT5等基因的表达。进而阐明了GLDC促进前列腺癌转移的分子机制。.5、GLDC过表达的临床意义：通过生物信息学分析，我们发现GLDC的表达水平与前列腺癌总体生存率，疾病特异性生存率及无临床进展生存率显著相关。