肝癌中前列腺素合成介导的sorafenib耐药机制研究

Hepatocellular Carcinoma (HCC) is prevalent and causing second highest fatality rate in China. Although sorafenib, the drug approved by FDA for HCC treatment, improved overall survival of HCC patients, the tumor response is generally quite low. Therefore, it is crucial to understand the mechanism of sorafenib resistance in HCC patients. Previous study showed that metabolic reprogramming contributes to chemoresistance in human cancers. However, the role of metabolic reprogramming in mediating sorafenib resistance in HCC is still not understood yet. We recently found that sorafenib activates prostaglandin biosynthesis, resulting in increase of lipid droplets(LDs) formation. Inhibition of prostaglandin synthesis significantly attenuates sorafenib- induced LDs formation and decreases cell viability by inducing apoptosis in HCC. Herein, we hypothesize that prostaglandin biosynthesis confers sorafenib resistance through facilitating lipophagy. In this study, we propose to investigate the role of prostaglandin biosynthesis in regulating LDs formation in response to sorafenib, aiming to determine if disruption of prostaglandin production can overcome acquired sorafenib resistance in HCC cells. This study suggests that prostaglandin biosynthesis may be of great therapeutic value for HCC treatment.

肝癌在我国发病率很高,而且是致死率第二高的恶性肿瘤。sorafenib作为被FDA批准的肝癌临床靶向药物，尽管在临床上提高了患者的生存期，但肿瘤的药物响应率普遍较差，因此阐明肝癌细胞对sorafenib的耐药机制是极其重要的。过去的研究表明代谢重编程与肿瘤耐药密切相关。然而，肝癌中代谢重编程所介导的sorafenib耐药机制还不清楚。我们的前期结果表明sorafenib激活了前列腺素合成途径，并促进了肝癌细胞中脂滴的形成。抑制前列腺素的合成可以显著减少脂滴的形成，降低活细胞数并诱导凋亡。据此我们提出假设，前列腺素的生物合成通过调控脂滴自噬来促进肝癌对sorafenib的耐药。该研究中我们拟研究前列素合成在sorafenib药物响应过程中的作用，阐明抑制前列腺素合成是否可以克服肝癌细胞对sorafenib的获得性耐药。本研究提示了在肝癌中靶向前列腺素合成来治疗肝癌的潜在临床价值。

目前临床上应对晚期肝癌患者一般采用一线药物，如索拉非尼，仑伐替尼等靶向药物进行治疗。但这些药物的疗效甚微，其中最重要的因素就是经过一段时间的治疗患者会产生获得性耐药。因此，发现其耐药机制并克服耐药是目前肝癌临床治疗面临的挑战和研究热点。该项目中，我们通过采用了代谢组学的研究方法，对两株肝癌sorafenib耐药细胞的差异代谢物进行了系统全面的分析。我们发现耐药细胞中的甘油三酯与前列腺素的含量显著增加。进一步的生物学实验证明sorafenib破坏了线粒体呼吸，导致脂肪酸的代谢受到抑制。胞内的无法代谢的脂肪酸通过储存在脂滴中来缓解线粒体的脂质毒性。而耐药细胞的能量代谢方式也从脂肪酸氧化转变为糖酵解来维持细胞的生存。为了探究耐药细胞的脂质储存机制，我们对两株耐药细胞进行了蛋白组学分析，结果显示醛酮还原酶3-AKR1C3在两株耐药细胞中共同上调且最为明显。为了验证AKR1C3与脂质代谢重编程的关系，我们通过利用过表达及CRISPR介导的基因编辑方法，发现AKR1C3可以明显促进胞内脂滴生成及甘油三酯含量的增加。我们利用同位素标记棕榈酸，追踪在其在耐药细胞中的转运过程与机制。我们发现抑制AKR1C3的活性可以阻止棕榈酸到线粒体的氧化呼吸过程，而更多将脂肪酸储存在脂滴当中。另一方面，我们发现过表达AKR1C3可以促进有氧糖酵解，抑制脂肪酸氧化。反之，敲除AKR1C3可以抑制糖酵解而促进脂肪酸氧化，表明AKR1C3可以直接调控胞内能量方式的转换。接下来，我们对AKR1C3调控脂质代谢重编的功能与机制进行了系统研究。结果显示，AKR1C3的表达可以抑制AMPK相关的自噬介导脂滴降解过程，从而保护了sorafenib引起的线粒体功能损伤。该研究首次从代谢重编程的角度阐明了肝癌细胞对sorafenib的新耐药机制，并提供了新的治疗靶点。