幽门螺杆菌CagA蛋白在胃癌代谢重编程中的作用及调控机制

Cell metabolic reprogramming is a key step in the development and progression of tumor. The alteration of energy metabolism is an important initiation factor for cell metabolic reprogramming. We found that Helicobacter pylori (H.pylori) CagA upregulated the expression of lactate dehydrogenase-A (LDH-A), dihydrolipoamide dehydrogenase (DLD) and ATP synthase alpha subunit, which participate in glycolysis, aerobic oxidation and oxidative phosphorylation, respectively. Therefore, we speculate that CagA promotes cell growth and metastasis of gastric cancer by inducing cell metabolic reprogramming through upregulating expression of LDH-A, DLD and ATP synthase alpha subunit. In this study, these three genes will be silenced in cagA-overexpressed gastric cancer cell lines, and the changes of energy metabolism　and tumor formation ability in vitro and in vivo are measured to study the alterations of energy metabolism and its key enzymes induced by CagA and potential of this alteration to regulate cell transformation. Metabonomics information will be used to generate cell models of metabolic reprogramming by CagA, and the enzymes selected from altered metabolic enzymes will be validated in human gastric cancer tissues. This study will reveal molecular mechanism of metabolic reprogramming in gastric cancer induced by CagA.

细胞代谢重编程是肿瘤发生发展的中心环节，而能量代谢改变是其始动因素和核心内容。前期研究发现幽门螺杆菌（H.pylori）的CagA蛋白能上调胃癌组织和细胞中能量代谢酶：乳酸脱氢酶-A（LDH-A）、二氢硫辛酰胺脱氢酶(DLD)及ATP合酶α亚基的表达，分别参与糖酵解、有氧氧化和氧化磷酸化三个重要的能量代谢。我们推测H.pylori感染胃黏膜后，将其CagA注入胃上皮细胞，通过上调能量代谢酶基因的表达，引起能量代谢改变，驱动细胞发生代谢重编程，促进胃癌的生长和转移。本项目拟在已构建的高表达cagA的胃癌细胞模型中沉默这3个基因，检测能量代谢指标的变化及细胞在体内、外的致癌能力，研究CagA调控能量代谢的关键酶，探索能量代谢改变后细胞的致癌能力；用代谢组学构建CagA诱导的代谢重编程的模式，在胃癌组织中验证参与重编程的代谢酶，从代谢重编程的角度揭示H.pylori引起胃癌的分子机制。

幽门螺杆菌(H.pylori)慢性感染是胃癌的始发因素，细胞代谢重编程是肿瘤发生发展的中心环节,但两者之间的关系不清楚。本项目从胃黏膜和胃癌组织分离H.pylori临床株和原代胃癌细胞，用H.pylori临床东亚株感染原代胃癌细胞建立细胞模型；包装含cagA的腺病毒（pAdeno-CagA），感染原代胃癌细胞建立过表达cagA的细胞模型，检测糖酵解代谢酶表达、葡萄糖消耗和摄取、ATP生成速率及线粒体能量代谢功能，研究CagA对细胞能量代谢的影响。进行能量代谢组学、氨基酸代谢组学、丙二酰化修饰蛋白组学及转录组学研究，获取CagA重塑的细胞能量代谢模式、氨基酸代谢模式、丙二酰化修饰蛋白及其致病因子，对主要致病因子c-JUN和DKK1进行深入研究。. 取得的主要成果有：（1）中国流行的H.pylori东方株有特征性的序列和结构，可能是导致中国胃癌高发的原因之一。（2）首次发现CagA能改变原代胃癌细胞中能量代谢酶的表达，增强葡萄糖的消耗、摄取及ATP产生；增加细胞糖酵解产生ATP的速率，降低线粒体有氧氧化产生ATP的速率，抑制线粒体产能。代谢组学发现，CagA引起三羧酸循环代谢产物降低，糖酵解代谢产物增加，氨基酸合成增加，重塑细胞代谢。（3）转录组学发现H.pylori东亚株感染促进原癌基因c-JUN的表达，c-JUN与FOSL1结合形成转录因子AP-1, 调控胃癌相关基因的表达。其中H.pylori-c-JUN-DKK1-PI3K-AKT信号轴是胃癌发生发展的重要机制。. 总之，H.pylori感染通过CagA损伤线粒体能量代谢功能，重塑细胞能量代谢，诱导细胞DNA损伤修复，增加基因突变频率；同时促进氨基酸合成，为细胞恶性增长提供营养，是H.pylori致癌的机制之一；H.pylori-c-JUN-DKK1-PI3K-AKT信号轴也促进了胃癌的发生发展，将成为胃癌诊治的新靶点。