基于代谢重编程研究中药米仔兰活性成分楝酰胺通过靶向ULK1抑制肺癌转移的分子机制

Cancer metastasis is the leading cause of death in patients with lung cancer. Metabolic reprogramming plays an important role in the growth and metastasis of tumor cells. Targeting metabolic reprogramming has become an important strategy to prevent cancer metastasis. Previously, we found that rocaglamide, an active ingredient of Traditional Chinese Medicine Mi Zai Lan, could inhibit ULK1 expression via translational repression, leading to the suppression of autophagy in non-small cell lung cancer cells. Further studies have shown that rocaglamide can also regulate glucose metabolism in non-small cell lung cancer cells. However, the regulatory role and the underlying molecular mechanisms are still unclear. Recent studies have shown ULK1 is not only required for autophagy initiating, but also an important regulatory kinase involved in glucose metabolism. Thus, we hypothesize that rocaglamide can regulate tumor metabolic reprogramming through targeting ULK1, leading to the inhibition of lung cancer metastasis. In this project, we will investigate the following scientific issues using metabolic analysis, molecular biology and other technologies: 1) whether rocaglamide can regulate metabolic reprogramming of non-small cell lung cancer cells by targeting ULK1; 2) whether rocaglamide can reduce the cancer stem cell-like characteristic of lung cancer cells by regulating metabolic reprogramming, thereby inhibiting lung cancer metastasis. Thus, this study is expected to elucidate the underlying mechanisms by which rocaglamide inhibits cancer metastasis, and provide theoretical and experimental basis for its clinical application and development.

肺癌转移是肺癌患者死亡的首要因素，而代谢重编程在癌细胞生长与转移中发挥了重要的作用，因而靶向肿瘤代谢重编程已成为防治肿瘤转移的重要新策略。前期，我们发现中药米仔兰活性成分楝酰胺能够以翻译阻遏的方式抑制ULK1的蛋白表达，进而抑制非小细胞肺癌细胞自噬。进一步研究发现楝酰胺还能调控肺癌细胞葡萄糖代谢，但其生理意义及分子机制尚不清楚。据文献报导，ULK1不仅是自噬起始的必需成分，也是调控葡萄糖代谢的重要激酶。据此，我们假设楝酰胺能够通过靶向ULK1调控肿瘤代谢重编程，进而发挥抗肺癌转移的作用。本项目研究中，我们将通过代谢分析、分子生物学等技术方法探讨：1）楝酰胺能否通过靶向ULK1调控非小细胞肺癌细胞代谢重编程；2）楝酰胺能否通过调控代谢重编程而降低肺癌细胞肿瘤干细胞样特性，进而抑制其转移。以期阐明楝酰胺抗肺癌转移的分子机制，为其临床应用与开发提供理论基础和实验依据。

肺癌转移是肺癌患者死亡的首要因素，而代谢重编程在癌细胞生长与转移中发挥重要作用，因而靶向肿瘤代谢重编程已成为防治肿瘤转移的重要新策略。ULK1是自噬起始的必需成分，也是调控葡萄糖代谢的重要激酶，是极具吸引力的肿瘤治疗新靶点。前期，我们发现中药米仔兰活性成分楝酰胺（rocaglamide, RocA）能够以翻译阻遏的方式抑制ULK1的蛋白表达，从而抑制非小细胞肺癌细胞自噬。进一步研究发现楝酰胺还能调控肺癌细胞葡萄糖代谢，但其作用及分子机制尚不清楚。由此，我们假设楝酰胺能够通过靶向ULK1调控肿瘤代谢重编程，进而发挥抗肺癌转移的作用。本研究探索了中药米仔兰有效成分RocA调控肿瘤代谢重编程的作用与分子机制。采用划痕和Transwell等细胞学实验，明确了RocA对NSCLC细胞侵袭和转移能力的抑制作用。通过荷瘤小鼠尾静脉转移模型，明确了RocA对肺癌体内转移的抑制作用，延长荷瘤小鼠生存期。通过悬浮球培养试验，阐明了RocA抑制肺癌细胞转移的细胞学机制，即降低了癌细胞的干细胞样特性。代谢分析发现，RocA显著降低肺癌细胞的葡萄糖消耗速率，上调癌细胞ROS水平，同时降低细胞内还原性物质谷胱甘肽的水平。通过基因编辑技术敲除肺癌细胞ULK1基因，明确了RocA对肺癌细胞侵袭、转移和干细胞样特性的抑制作用均依赖于ULK1靶点。同时明确了RocA对肿瘤代谢重编程的调控作用也依赖于ULK1靶点。进一步的机制研究发现，RocA可上调糖酵解途径代谢酶FBP1的蛋白表达。此外，本研究中还发现RocA与TNF-α联合可诱导p53突变/缺失型癌细胞合成致死。RocA与TNF-α可联合诱导癌细胞ROS爆发并导致其死亡。进一步研究发现RocA对p53突变/缺失型癌细胞谷氨酰胺代谢酶GLS1的蛋白表达具有抑制作用。本研究为针对p53突变/缺失型肿瘤的治疗提供了新的治疗策略，以降低TNF-α的临床剂量，同时保护正常细胞免受损伤，最大程度消除毒副作用。研究成果有望应用于更广泛类型的肿瘤治疗，可望应用于制药公司进行抗肿瘤新药开发，为我国癌症防治提供一种可选的治疗策略。