Lin28/Let-7信号通路调控肿瘤干细胞糖代谢的机制研究

In recent years, several studies have demonstrated that let-7 miRNA regulated the process of differentiation and development in cancer stem cells by suppressing the expression of some specific genes .Lately one research group found that Lin28/let-7 pathway played a critical role in modulating glucose metabolism. Moreover, our current data showed that the CCHC domain in Lin28 protein had the function in the regulation of let-7 miRNA. On the basis of these observations, we will systematically analyze the mechanisms of Lin28/let-7 pathway in regulation of glucose metabolism in cancer stem cells and how this pathway might influence the initiation and progression of cancer. Firstly, we preliminarily explore how Lin28/let-7 axis regulates Warburg Effect in Lin28 knockdown or let-7 over-expression CD133+ breast cancer stem cells by detecting the expression level of the genes related to glucose metabolic pathway under different glucose metabolic conditions. Secondly, we will investigate whether PI3K/AKT/mTOR pathway is involved in this process. Using this model, we further observe the characteristics of cancer stem cells, such as proliferative ability、tumorigenic potential and so on. Take together, this project is likely to represent a new direction in the studies of the mechanisms of tumor initiation、progression and metastasis. More importantly, it will provide the new interfered targets for the design of the drug that can be appropriately targeted for the treatment of cancer stem cells.

研究证明let-7 miRNA通过抑制特异性的基因来调控肿瘤干细胞的分化和发育。最新的研究发现RNA结合蛋白Lin28与let-7组成的信号通路在细胞糖代谢的调控中发挥重要的作用。我们的研究揭示Lin28的CCHC结构域参与调控let-7的表达（NAR，2011，1-11）。基于此工作基础，本课题拟系统研究Lin28/let-7信号轴对肿瘤干细胞糖代谢的调控机制及其对肿瘤发生发展的影响。通过研究Lin28沉默或let-7过度表达的CD133+乳腺肿瘤干细胞的糖代谢通路关键酶基因表达的变化以及乳酸脱氢酶活性变化，初步探索该信号轴调控Warburg效应机制；并探讨PI3K/AKT/mTOR信号通路在此过程中的调控机制。同时利用此模型进一步观察肿瘤干细胞增殖潜能、成瘤能力等生物学特性的变化。本课题将为肿瘤的发生发展及转移机制提供新的思路，从而为设计开发针对肿瘤干细胞的治疗药物提供新的干扰靶点。

肿瘤干细胞与肿瘤的发生,转移及耐药密切相关，能量代谢重编程是肿瘤干细胞的重要特征之一。因此，探究肿瘤干细胞的能量代谢调控机制并寻找相关分子靶点对于肿瘤干细胞靶向治疗具有十分重要的临床意义。本研究发现Lin28-H19-Let7信号通路以HIF1A依赖性的方式调控PDK1,从而促进Warburg效应和肿瘤干细胞的“干性”维持。研究表明Lin28和长非编码RNA H19在乳腺癌病人标本中的表达明显高于正常乳腺组织。临床样本相关性分析表明Lin28和H19在乳腺癌病人中呈密切相关性表达。同时，Lin28和H19高表达于ALDH+乳腺肿瘤干细胞群。此外，体外高表达或敲降Lin28将增加或降低H19的表达。进一步实验证明，H19表达与肿瘤缺氧微环境密切相关。H19敲降可以显著降低肿瘤细胞葡萄糖代谢能力（葡萄糖摄取量，乳酸产生量以及ATP生成量），进而抑制肿瘤细胞克隆形成、转移、体外成球以及体内成瘤能力。实验结果显示H19敲降显著降低HIF1A的蛋白表达。软件预测显示HIF1A包含2个与let-7 miRNA 互补结合序列。进一步实验表明，体外高表达或抑制let7分别降低和增加HIF1A蛋白的表达。同时，RIP结合荧光素报告系统实验证明，在乳腺肿瘤细胞中长非编码RNA H19可以通过“分子海绵”作用抑制miR-let7的生物学功能,进而促进HIF1A表达。随后，通过检测一系列与Warburg效应相关的代谢酶的蛋白表达水平，结果表明敲除H19明显降低PDK1的表达，而对其他代谢酶的表达无影响。同时，这种相关性在动物肿瘤模型和乳腺癌病人标本中也得以验证。在动物肿瘤模型的中央缺氧区，伴随着HIF1A的显著升高，H19和PDK1也呈现明显高表达。同时，葡萄糖代谢能力和肿瘤细胞克隆形成、转移、体外成球以及体内成瘤能力等肿瘤干细胞特性都显著增加。PDK1在乳腺癌病人标本中的表达明显高于正常乳腺组织，并且与H19在乳腺肿瘤病人中呈密切相关性表达。本研究发现一个未见报道的Lin28-H19-Let7信号通路参与肿瘤干细胞的能量代谢，从而促进肿瘤干细胞“干性”维持。此信号通路可作为肿瘤干细胞靶向治疗的一个崭新的靶点。此研究将有助于深入揭示肿瘤能量代谢改变与肿瘤发生、发展以及转移、耐药之间的相互关系，为靶向能量代谢的肿瘤干细胞治疗策略提供新的视野和契机。