胰腺癌支链氨基酸分解代谢失调相关分子机制及其与生物学行为相关性的研究

Pancreatic cancer is accompanied by complex metabolic remodeling. Previous studies have shown that increased levels of branched chain amino acids (BCAA) are associated with the development of pancreatic cancer and are associated with prognosis. But so far, the mechanism of its occurrence is not clear, and its impact on tumor biology has not been clarified. Studies have shown that BCAA catabolism is an important cause of increased BCAA content in malignant tumors such as liver cancer. In view of this, this study conjectured that the decreased expression of BCAA transaminase (BCAT) and BCAA dehydrogenase (BCKDH) is an important factor mediating catabolic dysregulation of BCAA in pancreatic cancer. This topic will use metabolomics combined with previous pattern recognition models to identify high-enriched and non-high-enriched patients with BCAA. For the two populations, tissue samples were collected for transcriptomics, Western-blot and qRT-PCR, combined with metabolomics results to identify the core metabolic pathways of BCAA metabolic disorders in pancreatic cancer. Evaluate the effects of BCAA supply and knockdown and overexpression of BCAT and BCKDH on proliferation and invasion in vivo and in vitro. Detect related metabolic enzymes and metabolite change. Conbined with the long-term prognosis of clinical patients, the the impact of BCAT and BCKDH on the biological behaviors of pancreatic cancer patients were verified.

胰腺癌（PCa）发生发展过程中伴随着复杂的代谢重构。既往研究显示支链氨基酸（BCAA）含量增加伴随PCa发生发展过程，并与预后相关。但尚不清楚其发生的机制，也未能明确其对肿瘤生物学的影响。有研究表明BCAA分解代谢受阻是BCAA含量增高的重要原因。因此，本研究猜想，由BCAA转氨酶（BCAT）和BCAA脱氢酶（BCKDH）表达下降是介导PCa BCAA分解代谢失调的重要因素。本课题将利用代谢组学结合既往模式识别模型，甄别BCAA高富集和非高富集患者。针对两个群体，收集组织样本进行转录组学，Western-blot和qRT-PCR等检测，结合代谢组学结果，明确PCa BCAA代谢失调核心代谢通路。于体内和体外评估BCAA供给以及抑制和过表达BCAT及BCKDH对增殖和侵袭的影响，检测相关代谢酶及代谢物变化，并结合临床患者的远期预后，验证BCAT及BCKDH对PCa患者的生物学行为的影响

胰腺导管腺癌（PDAC）是一种生物学行为恶劣的消化道肿瘤。其肿瘤微环境（TME）内极度乏氧乏营养物质，因此PDAC在发生发展过程中伴随有氧糖酵解和谷氨酰胺酵解等多种氨基酸回补途径的增强，以满足其增殖需求。其中支链氨基酸（BCAA）代谢重构是重要的代谢重构通路之一。本课题依据项目计划开展了PDAC BCAA代谢重构相关研究。首先，本课题收集并检测PDAC组织样本，采用基于磁共振代谢组学方法检测，并发现相较于正常胰腺组织，PDAC氨基酸水平发现显著改变，其中BCAA（缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸）均发生了显著上升。并且，依据氨基酸变化情况可对PDAC进行分层，其中组织高BCAA含量的患者远期预后显著劣于组织BCAA含量低者。然后，为了明确BCAA含量差异与代谢酶相关性，本课题采用免疫组化技术检测PDAC组织中BCAT1和BCAT2表达水平，发现高BCAA含量组中BCAT1表达水平较高，尤其间质中BCAT1表达水平高. 通过利用公用数据库进行验证，本课题发现BCAT1 RNA表达水平较高者，预后显著劣于BCAT1表达较低者。因此, 为进一步说明BCAT介导的BCAA代谢变化对PDAC生长的影响，我们于体外采用梯度浓度BCAA对PDAC细胞株进行培养，发现在一定范围内改变BCAA浓度并不能显著改变PDAC的增殖能力.因此，本课题组采用基因过表达及RNA干扰等方法上调及下调PDAC细胞株BCAT1及BCAT2的表达水平。结果证实，上调及下调BCAT1及BCAT2均可显著增强及抑制PDAC细胞株的增殖、迁徙和侵袭能力。而采用BCAT1特异性抑制剂加巴喷丁进行干预，可以剂量依赖方式显著抑制PDAC细胞的增殖、迁徙和侵袭能力。为进一步鉴定BCAT1和BCAT2表达受到干预后伴随的代谢变化，本课题组采用液相色谱-质谱代谢组学方法对干预后的PDAC细胞进行检测，结果发现，上调BCAT1及BCAT2表达对PDAC整体代谢影响的程度低于下调BCAT1和BCAT2表达。而下调BCAT1和BCAT2可以引起三羧酸循环为核心的多条代谢路径变化，包括糖酵解水平降低、BCAA分解代谢受阻以及嘌呤、嘧啶、脂质合成减少等。从代谢层面上解释了BCAT1及BCAT2表达下调对PDAC增殖的抑制作用。总之，本研究成果为建立基于BCAT为靶点的PDAC治疗方法的提供初步的实验数据和理论基础。