miR-181b通过激活STAT3调控结肠癌细胞有氧糖酵解和肿瘤形成的机制研究

The hallmark of tumor metabolism, aerobic glycolysis exists in most cancer cells, and regulation of aerobic glycolysis by miRNAs in cancer is a research hotspot. A preliminary study found that PIAS3 is the target of miR-181b, and a significant inverse correlation between miR-181b and PIAS3 mRNA levels in human colon cells and tumors. In further, we demonstrate that miR-181b down-regulates PIAS3 and elevates STAT3 activation. Base on STAT3 activation has been reported could promote the transcription and expression of miR-181b-1, therefore, our results support a positive feedback loop as a mechanism for persistent STAT3 activation, in which miR-181b represses PIAS3 to elevate STAT3 activity, which in turn elevates miR-181b expression by promoting miR-181b-1 transcription. Moreover, miR-181b inhibition in colon cancer cell leads to reduce glycolysis and proliferation. To confirm this hypothesis, we will apply Real-time PCR, Western-blot, RNA interference, gene transfection, luciference assay and so on, including both in vitro and vivo tests, to clarify the positive feedback loop as a mechanism for persistent STAT3 activated by miR-181b and aerobic glycolysis regulation in colon cancer cell. It will provide a new theoretical basis for the molecular mechanism of regulation of aerobic glycolysis by miRNAs in cancer.

有氧糖酵解是肿瘤的基本特征之一，miRNAs调控肿瘤有氧糖酵解是当前的研究热点。我们前期研究发现，结肠癌细胞中miR-181b可通过调控靶基因PIAS3促进STAT3磷酸化激活，基于STAT3能通过促进miR-181b-1转录而诱导miR-181b表达，我们提出miR-181b可能通过一个“正反馈环路”持续激活STAT3，即miR-181b通过下调PIAS3并激活STAT3，STAT3活化后可诱导miR-181b表达，而后者的表达上调又可再次激活STAT3，如此循环往复，使STAT3持续激活。结合STAT3参与调控肿瘤有氧糖酵解，我们证实miR-181b可调控结肠癌细胞有氧糖酵解及增殖。本项目拟结合体内、外实验，进一步研究miR-181b通过“正反馈环路”持续激活STAT3，调控结肠癌细胞有氧糖酵解和肿瘤形成能力的分子机制，为miRNAs调控肿瘤有氧糖酵解的分子机制提供新的理论依据。

有氧糖酵解在多种肿瘤中存在，因此也被认为是肿瘤的基本特征之一。最近，许多研究尝试着揭示有氧糖酵解的可能机制，但至今仍不明确。已有研究显示，miRNAs可以通过直接或间接途径调控与代谢相关的基因或信号途径，进而影响肿瘤细胞代谢过程。目前关于miRNAs调控肿瘤有氧糖酵解的具体机制还不明确。研究中，我们首先发现PIAS3是miR-181b的靶基因，同时在结肠癌组织中，miR-181b和PIAS3 mRNA的表达呈负相关。PIAS3作为STAT3的负性调控因子，可以抑制STAT3磷酸化激活，因此我们提出miR-181b可能通过靶向调控PIAS3促进STAT3激活，并在结肠癌细胞中得到证实。此外，根据STAT3可以结合miR-181b-1启动子促进其转录，从而增加成熟体miR-181b的表达，我们提出miR-181b可能通过一个“正反馈环路”持续激活STAT3的科学假说，即miR-181b通过下调PIAS3并激活STAT3，STAT3活化后通过转录激活miR-181b-1诱导miR-181b的表达，而后者的表达上调又可再次激活STAT3，如此循环往复，从而使STAT3持续激活，并在后续实验中得到证实。STAT3在人类多种肿瘤中处于持续激活状态，对于细胞增殖、凋亡、免疫逃逸、炎症和代谢等具有重要调控作用。因此，我们检测了miR-181b对结肠癌细胞有氧糖酵解和肿瘤形成能力的影响，发现高表达miR-181b能促进细胞有氧糖酵解，相反低表达miR-181b或高表达PIAS3则表现出抑制细胞有氧糖酵解。此外，干扰PIAS3表达可以逆转低表达miR-181b对结肠癌细胞有氧糖酵解的抑制作用。接着，我们又探讨了低表达miR-181b或高表达PIAS3对结肠癌细胞肿瘤形成能力的影响，发现低表达miR-181b或高表达PIAS3可以抑制细胞增殖，以及裸鼠皮下移植瘤生长，同样干扰PIAS3表达可以逆转低表达miR-181b对结肠癌细胞增殖和肿瘤形成的抑制作用。综上提示，miR-181b可通过“正反馈环路”持续激活STAT3，从而调控结肠癌细胞有氧糖酵解和肿瘤形成。本课题研究有望进一步阐明 miR-181b 持续激活 STAT3，继而调控结肠癌细胞有氧糖酵解和肿瘤形成的分子机制，为结肠癌靶向治疗提供新的理论依据和科学基础。