11C-乙酸PET-CT显像监测ACLY调节RhoA异戊烯化修饰干预肺癌转移

One of the most important features of oncogenesis and cancer development is the metabolic reprogramming of the lipogenic pathways. ATP citrate lyase (ACLY), the key enzyme in the de novo lipid synthesis, plays important roles in the cancer invasion and metastasis. Our previous work indicated that downregulation of the ACLY expression can effectively inhibit the abilities of in vitro invasion and in vivo metastasis in lung cancer. However, how did ACLY work in the mechanisms of tumor invasion and metastasis as well as its role in the metabolic imaging have not yet been fully clarified. In this program, we plan to use the in vitro radionuclide labelling and the in vivo 11C-Acetate micro-PET-CT scan as the major methods, aim to explore whether ACLY regulates the prenylation of the key signaling protein in the tumor invasion and metastasis – RhoA, analyze the central role of ACLY in the remodeling and conversion of the glucose-lipid metabolism, design the algorithm of the in vitro metabolic flow measurement, establish the in vivo micro-PET-CT imaging models, and make metabonomics studies of ACLY in regulating the prenylation of RhoA. The expecting results of this program will reveal the underlying mechanism of ACLY in modulating the prenylation of RhoA, altering the protein function, and finally regulating the tumor cell invasion and metastasis. Furthermore, these findings will provide theoretical foundations for the future development of novel targeted and united anti-tumor drugs.

脂质代谢重编程是肿瘤发生发展的重要成因。ATP柠檬酸裂解酶（ACLY）是从头脂肪合成的关键酶，在肿瘤的侵袭和转移中起着重要作用。我们前期的研究工作发现，下调ACLY的表达能有效抑制肺癌的体内外侵袭和转移能力。然而，ACLY调节肿瘤侵袭和转移的机制及其在代谢显像中的价值尚不完全清楚。本项目拟采用放射性核素体外示踪标记和小动物11C-乙酸PET-CT显像等方法，针对ACLY是否调节肿瘤侵袭转移关键信号蛋白RhoA的异戊烯化修饰的问题进行研究，分析ACLY在糖-脂能量代谢重组转换中的核心作用，设计体外代谢流量测定的算法，建立体内小动物PET-CT代谢显像的模型，并进行ACLY影响RhoA异戊烯化修饰的代谢组学研究。通过本项目的研究，可望在理论上揭示ACLY通过影响RhoA蛋白的异戊烯化修饰改变RhoA蛋白的功能，调节肿瘤侵袭和转移的内在机理；在应用上，可为开发新型靶向联合抗肿瘤药物提供理论依据。

本研究着眼于恶性肿瘤发展中脂质代谢重编程的相关内容展开，选取从头脂肪合成途径中的关键酶ATP柠檬酸裂解酶（ACLY）的生物学功能和效应为研究重点。ACLY介导葡萄糖依赖的脂肪酸合成通路一方面成为联结糖-脂代谢的桥梁，另一方面促使肿瘤细胞自主维持代谢重组，并在调节肿瘤细胞的侵袭和转移中发挥了重要作用。本研究试图寻找ACLY如何影响小GTP酶Rho蛋白家族成员RhoA蛋白的翻译后脂质化修饰，来探寻ACLY干预肺癌肿瘤侵袭转移的机制。在研究的具体开展中，我们一方面在体外针对肺癌A549细胞做以RNA干扰敲除ACLY，检测ACLY蛋白含量的改变可引起对癌细胞耗氧量增加，从头脂肪合成途径中的两条下游分支通路上的关键酶FASN和HMGCR表达减低，进而脂肪生成终产物甘油三酯和胆固醇含量不同程度减少。同时检测ACLY干扰后RhoA蛋白表达量有轻度的减低，上皮间质转化（EMT）呈逆向转换形式，即上皮表型标志物E-cadherin表达增加、间质表型标志物Vimentin表达减少，并观察到肺癌细胞侵袭能力减弱。另一方面，在慢病毒稳定转染敲除ACLY的荷瘤小鼠体内模型中，我们也观察到肿瘤的生长和转移受到抑制。针对蛋白异戊烯化修饰的研究，由于该修饰的完成需将靶蛋白如RhoA转运至细胞内质网，这一过程中涉及两个重要的酶作用，即内切蛋白酶RAS转换酶1（RCE1）将靶蛋白的三个末端羧基（AAX）移除，异戊烯半胱氨酸羧甲基转移酶（ICMT）将靶蛋白末端半胱氨酸的羧基甲酯化。因此，我们检测了ACLY干扰后肺癌细胞中RCE1和ICMT两个异戊烯化修饰途径中关键酶的表达量均有所下降，提示其靶蛋白RhoA脂质化修饰的水平存在减低趋势。以上研究结果表明，糖脂能量代谢关键酶ACLY可通过调节从头脂肪合成途径并影响RhoA蛋白的异戊烯化修饰来干预肺癌肿瘤的侵袭和转移。该研究联合肿瘤代谢重编程和表观遗传学修饰等多角度阐释肿瘤转移调控机制，有望为开发新型治疗策略提供理论依据。