肉碱棕榈酰转移酶1(CPT1)调控脂肪酸氧化代谢促进三阴性乳腺癌转移的机制研究

Breast cancer is a very hetergenous disease, Triple negative breast cancer (TNBC) is the biggest health threat for woman due to poor prognosis and high metastasis rate, It is generally well established that cancer cells meet their metabolic demands through the process of aerobic glycolysis. However, the metabolic requirements of invasive and metastatic cancer cells that suspend their proliferative program to acquire a migratory phenotype are unknown. We had analyzed more than 140 metabolites between two TNBC cells with different metastasis using metabolic profiling, the result showed that the fatty acid β-oxidation metabolites in the high metastasis cell has increased, and CPT1, the limiting enzyme in the first step of fatty acidβ-oxidation is elevated in the mRNA level, indicating that CPT1 can mediate fatty acid β-oxidation to meet TNBC metabolic demands. Our project will study the metabolic mechanism that CPT1 promote TNBC metastasis via regulation of fatty acid β-oxidation using TNBC cells, mouse model and tissue microarrays (TMAs), hope to provide a new avenue for potential therapeutic targets for TNBC treatment.

乳腺癌是一种高度异质性的肿瘤，其中三阴性乳腺癌远处转移率高，预后不佳，严重威胁着女性的健康。代谢异常是肿瘤细胞的特性，多数肿瘤细胞偏向使用糖酵解作用取代一般正常细胞的氧化磷酸化来获取能量，但是侵袭性、转移性的肿瘤细胞获取能量达到转移的代谢机制目前尚不清楚。本研究前期利用质谱法，对两种有不同转移能力的三阴性乳腺癌细胞的140多种代谢物进行了代谢轮廓分析，结果显示高转移能力细胞中脂肪酸β-氧化途径的关键代谢物异常增高，相应的关键限速酶CPT1 mRNA表达大量增加，提示CPT1可能通过调控脂肪酸的β-氧化代谢为三阴性乳腺癌细胞的转移提供能量。本研究将以三阴性乳腺癌细胞为研究对象，结合小鼠模型和组织芯片系统研究CPT1通过调控脂肪酸β-氧化途径促进三阴性乳腺癌远处转移的代谢机制，为三阴性乳腺癌的靶向治疗提供新的思路和潜在靶向位点。

乳腺癌是一种高度异质性的肿瘤，其中三阴性乳腺癌远处转移率高，预后不佳，严重威胁女性健康，因此研究三阴性乳腺癌发生和转移的分子机制具有重要的理论意义和临床应用价值。已有研究显示脂肪酸代谢异常与肿瘤转移相关，但具体机制仍不清楚。本项目首次鉴定发现了中链酰基辅酶A脱氢酶（Medium chain acyl-CoA dehydrogenase, MCAD）促进三阴性乳腺癌发生和转移的作用及分子机制。我们首先用质谱法对两种不同转移能力的三阴性乳腺癌细胞中的140多种代谢物进行了代谢轮廓分析，结果发现高转移能力的乳腺癌细胞中脂肪酸β-氧化代谢途径的代谢物异常增高，相应的关键限速酶肉毒碱棕榈酰转移酶（Carnitine palmitoyltransferase 1c，CPT1c）的mRNA表达显著增加，但是该基因在两种细胞中的蛋白水平均表达较低，而参与脂肪酸β-氧化第一步脱氢反应的关键酶MCAD在高转移能力的乳腺癌细胞中mRNA和蛋白表达均显著上调，而且MCAD在乳腺癌病人的肿瘤组织和高转移性的三阴性乳腺癌细胞MDA-MB-231中均异常高表达，同时MCAD的蛋白表达与乳腺癌病人的无病生存期呈负相关。上述结果均提示MCAD可能与三阴性乳腺癌的发生和转移密切相关，因此本项目以MCAD为研究目标按照原有计划继续进行深入研究。结果发现在三阴性乳腺癌细胞中敲低MCAD基因可显著抑制细胞的增殖、迁移和侵袭能力，且细胞EMT进程被逆转。而过表达MCAD基因可以显著促进细胞的增殖、迁移和侵袭能力并诱导细胞的EMT进程。动物模型试验同样证明过表达MCAD可以促进小鼠体内肿瘤的生长。对EMT多个转录因子的相关性分析证明转录因子ZEB1和ZEB2与MCAD基因的相关性最强，在细胞中敲低或过表达MCAD基因后ZEB1蛋白表达也发生相应变化，而ZEB2蛋白并无明显变化。进一步发现在MCAD基因高表达的MDA-MB-231细胞中敲低ZEB1基因可以拯救因MCAD过表达所致的细胞增殖迁移能力增加的表型，证明MCAD可能通过调控EMT转录因子ZEB1来影响乳腺癌的侵袭和转移。此外，本项目还发现MCAD可以被SUMO2修饰，但具体机制仍待进一步深入研究。综上，本项目首次发现MCAD可以通过调控ZEB1促进三阴性乳腺癌侵袭和转移的分子机制，为三阴性乳腺癌的靶向治疗提供了新的思路和潜在靶向位点。