CK2α通过葡萄糖代谢途径调控膀胱癌顺铂耐药的机制研究

Chemoresistance to cisplatin severely threatens the long term survival of bladder cancer patients. ATP and GSH mediated drug pump and detoxification are one of the important mechanisms of cisplatin resistance. CK2α has been implicated in regulating the malignant biological behavior of tumor cells, and our previous results have indicated: ①Patients with high CK2α expression have poor prognosis in cisplatin chemotherapy procedure, and silence CK2α could reverse cisplatin resistance in bladder cancer cells; ②Silence CK2α in cisplatin resistance bladder cancer cells could weaken the cell glucose metabolism, thus inhibit the production of ATP and GSH; ③Bioinformatics analysis reflected CK2α could directly phosphorylate key enzyme in glucose metabolic pathway hexokinase HK1/2, lactate dehydrogenase LDHA/B and fructose phosphate kinase PFK; ④Our previous results have confirmed the CK2α could directly activate HK2. Hence, we hypothesize that CK2α could increase the ATP and GSH output by phosphorylated activating HK1/2, PFK and LDHA/B, promoting the pump out and detoxification cisplatin and eventually led to the cisplatin resistance in bladder cancer. We aim to explore the exact regulation mechanism of CK2α on bladder cancer cisplatin chemoresistance, which may provide new theory basis for research on bladder cancer cisplatin chemoresistance.

膀胱癌患者对顺铂的化疗耐药严重危及其远期生存，ATP及GSH介导的药物泵出及解毒是顺铂耐药的重要机制之一。蛋白激酶CK2α参与调控肿瘤细胞的恶性生物学行为，前期研究发现：①顺铂化疗患者肿瘤组织中CK2α高表达与不良预后相关，沉默CK2α能够逆转膀胱癌细胞顺铂耐药；②沉默CK2α能够削弱顺铂耐药膀胱癌细胞的葡萄糖代谢，抑制细胞内ATP及GSH的生成；③生物信息学提示CK2α可以磷酸化激活葡萄糖代谢途径中的关键酶HK1/2、LDHA/B及PFK；④预实验证实CK2α可以直接磷酸化激活HK2。基于以上预实验结果和生物信息学分析，我们提出假说：CK2α能够通过磷酸化激活HK1/2、LDHA/B及PFK促进葡萄糖代谢，增加ATP和GSH的产出，促进顺铂泵出及解毒，最终促成膀胱癌顺铂耐药。本项目将从分子、细胞、动物等层面，探索CK2α调控膀胱癌顺铂耐药的机制，为膀胱癌顺铂耐药研究提供新思路。

膀胱癌的增殖、迁移、侵袭能力和对顺铂为主的一线化疗耐药是患者预后不良的主因，目前其机制尚未完全阐明。该项目旨在探讨CK2α对膀胱癌增殖、迁移及在顺铂化疗敏感性中的作用和机制。本研究依托分子生物学技术及生物信息学分析，在前期基础上进行深入探索。首先通过验证CK2α在膀胱癌临床样本及细胞系中的表达情况分析，发现CK2α与膀胱癌正相关，后经过siRNA 及 CK2α 小分子抑制剂的干预，在体外观察到敲低CK2α能够抑制膀胱癌的增殖、迁移。同时，生物信息学分析还发现CK2α 通过影响葡萄糖代谢来调控膀胱癌生物学行为，经实验证实，CK2α可以通过糖酵解相关蛋白影响肿瘤细胞的葡萄糖摄取及乳酸生成。进一步预测及研究后发现CK2α 受到上游m6A去甲基化酶 ALKBH5 的调节，ALKBH5 通过对CK2α的mRNA稳定性影响膀胱癌增殖、迁移、侵袭及顺铂化疗敏感性。膀胱癌组织及膀胱癌细胞系中ALKBH5的表达量明显低于癌旁正常膀胱组织及正常尿路上皮细胞SV-HUC-１，通过对比组织芯片及病人信息发现，ALKBH5高表达的患者生存预后更佳，且与CK2α表达负相关。经过ALKBH5慢病毒转染后的体外实验，我们观察到敲低ALKBH5能够增强膀胱癌的增殖、迁移、侵袭能力，而过表达ALKBH5后则作用相反。体内裸鼠荷瘤实验也显示，过表达ALKBH5后成瘤体积明显减小。免疫组织化学染色结果表明核增殖抗原Ki-67在过表达ALKBH5瘤体内的表达量明显低于对照组。此外，课题组还发现ALKBH5是通过m6A途径影响CK2α的mRNA稳定性，并观察到ALKBH5能够增强膀胱癌细胞对顺铂的化疗敏感性，通过过表达或敲低ALKBH5可以通过调节细胞的葡萄糖摄取，乳酸及ATP的生成从而影响膀胱癌细胞的增殖、迁移、侵袭、凋亡及顺铂化疗耐药或敏感。进一步挽救实验发现，在敲低ALKBH5的细胞系中以siRNA 、抑制剂的干扰CK2α的表达能够导致膀胱癌细胞增殖、葡萄糖摄取、乳酸及ATP生成的能力降低，并且导致再次对顺铂敏感。综上，本研究初步证实了通过靶向抑制CK2α调控糖酵解通路抑制膀胱癌细胞的增殖、迁移能力，并且ALKBH5可以通过m6A途径影响CK2α的mRNA稳定性，从来调控葡萄糖代谢，降低肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭能力，增强膀胱癌细胞对顺铂的化疗敏感性。如何将CK2α转化至临床应用还需要进一步研究。