癌蛋白HBXIP对肝癌细胞糖异生的影响及其分子机制研究

Glycometabolism reprogramming plays an important role in cancer development and progression, becoming a research hotspot around the world. We have found that HBXIP can inhibit the function of key gluconeogenesis related enzymes PEPCK1 and G6Pase in hepatoma carcinoma cell. we address a novel hypothesis that HBXIP leads to glycometabolism reprogramming through regulating gluconeogenesis in hepatoma cells. This program will focus on liver cancer, conduct series of studies at molecular, cell, tissue and animal levels as follows: (1) explore the effect of HBXIP on gluconeogenesis via inhibiting PEPCK1 and G6Pase in hepatoma cells; (2) investigate the mechanism of HBXIP in regulation of PEPCK1 and G6Pase by FoxO1 and PGC-1α at the levels of transcription and post-transcription; (3) study the effect of HBXIP on promoting glycometabolism reprogramming and hepatocarcinogenesis via inhibiting gluconeogenesis; (4) demonstrate the significance of gluconeogenesis inhibition mediated by HBXIP by using liver of HBXIP-/- knockout mice. Our finding will provide new insights into the mechanism of glycometabolism reprogramming in liver cancer. Our data will provide new targets for the prevention, therapeutical strategy and drug discovery of liver cancer.

糖代谢重编程在癌症发生发展中发挥关键作用，成为国际上的研究热点。本课题组发现HBXIP可抑制肝癌细胞糖异生关键酶PEPCK1和G6Pase的作用。因此，提出“癌蛋白HBXIP可通过调节肝癌细胞糖异生导致糖代谢重编程”的假说。本申请拟以肝癌为研究对象，从分子、细胞、组织和动物模型等各个层面开展以下研究：（1）明确HBXIP通过抑制PEPCK1和G6Pase调节糖异生的作用；（2）在转录和转录后水平阐明HBXIP通过影响FoxO1和PGC-1α调控PEPCK1和G6Pase的分子机制；（3）揭示HBXIP介导的糖异生抑制导致糖代谢重编程及肝癌生长；（4）应用肝特异性HBXIP基因敲除小鼠研究肝脏中糖异生的变化及意义。本研究是肝癌糖代谢重编程分子机制研究领域的创新发现，将为肝癌的预防、治疗和新药开发等提供新的靶点，具有很好的应用前景。

研究已发现肿瘤细胞糖异生功能丧失，然而其分子调控机制尚不十分清楚。HBXIP作为一个癌蛋白，在多种肿瘤进展过程中发挥驱动功能。本项目着重探讨了癌蛋白HBXIP通过调控糖异生关键酶PCK1抑制糖异生加速肝癌生长的作用和详细分子机制。. 我们对192例包含正常肝组织和不同分级肝癌病例组织芯片进行免疫组化分析发现，相对于正常肝组织，约72%（138/192）的肝癌组织中PCK1的表达量明显降低；重要的是，分级越高的肝癌组织中PCK1表达量越低。临床手术获得的正常肝组织和肝癌组织中，肝癌组织中PCK1的mRNA表达水平远远低于正常组织。我们的研究表明，在肝癌细胞中，HBXIP能够抑制PCK1的转录和翻译水平。通过荧光素酶报告基因实验，我们发现HBXIP能够通过IRE序列调控PCK1启动子活性。已有文献报道，转录因子FOXO1可通过IRE序列调控PCK1启动子活性。我们提出假设，HBXIP有可能通过FOXO1调节PCK1启动子活性。应用Western blot等检测，在肝癌细胞内，我们证实了HBXIP对FOXO1的mRNA水平没有调控，而能够剂量依赖地调节FOXO1的蛋白水平。进一步结合文献报道，我们发现miR-135a可以靶向FOXO1 mRNA的3′UTR区域。重要的是，我们的结果显示，HBXIP能够明显调控肝癌细胞虹miR-135a的水平，进而抑制FOXO1的蛋白水平。另有研究发现，PI3K/Akt信号通路能够影响FOXO1蛋白的磷酸化修饰，进而调控其在细胞内的定位。我们的研究结果揭示，HBXIP能够激活PI3K/Akt信号通路，增加FOXO1蛋白的磷酸化水平，进而抑制其转录因子活性的发挥。通过细胞克隆形成和裸鼠成瘤等功能实验我们证明，HBXIP能够通过抑制PCK1促进肝癌生长。进一步，我们的研究阐明了正常生理条件下HBXIP对PCK1及糖异生作用的调节。我们通过PCR、免疫印迹及免疫组化分析发现，在肝脏特异性HBXIP基因敲除鼠中，HBXIP在正常肝脏中能够通过PCK1调节糖异生从而维持血糖平衡。. 综上，我们的研究揭示HBXIP能够通过miR-135a/FOXO1轴和PI3K/Akt/p-FOXO1通路抑制肝癌细胞的糖异生。我们的成果将为肝癌中糖代谢重编程的调节机制研究提供新的理论依据和临床肝癌防治提供新的有效靶点。