CD133在肿瘤（干）细胞能量代谢中的作用机制

Reprogramming of tumor metabolism is the key of tumor growth. Regulation and control of tumor metabolism actually are for inhibition of tumor growth. CD133, also called prominin-1 as one of biomarkers for many cancer stem cells, plays an important role in the initiation, metastasis, recurrence and chemoresistance. Recently, CD133 is an important membrane protein participating cell functions. Our preliminary data has identified that CD133 expression influences cell growth and survival basically through regulating glucose uptake, autophagy and ATP synthesis. However, mechanisms of CD133-medited energy metabolism in cancer (stem) cells are elusive. Since CD133 is associated with cancer stem cells, we put forward to this proposal for CD133 regulation of reprogramming of energy metabolism. We plan to investigate the interaction between CD133 and glucose transporters, characterize the metabolisms of CD133 positive or negative primary or tumor cell lines compared with normal cells, and determine how CD133 is involved in the functions of mitochondria. The results will elucidate the metabolic characterization of cancer (stem) cells, which will be the innovative contribution for deeply understanding the metabolism of cancer (stem) cells and unveiling the potential targets for tumor metabolism.

重组代谢是肿瘤生长的关键，调控肿瘤代谢就意味着控制肿瘤的生长。CD133，又叫prominin-1,作为多种肿瘤干细胞的标记之一，其阳性细胞在肿瘤发生、转移、复发和耐药中起着重要作用。近来发现CD133也是一个重要的、参与细胞功能的膜和胞浆蛋白。我们的前期研究证实CD133可通过影响葡萄糖摄取，自噬反应和ATP合成而调节细胞生存。然而，CD133如何调节能量代谢的详细机制尚不清楚，鉴于CD133在肿瘤干细胞的重要意义，我们提出研究CD133调节能量代谢的课题，拟从明确CD133与葡萄糖转运蛋白的相互作用，比较CD133阳性和阴性细胞包括原代肿瘤细胞和肿瘤细胞系与正常细胞在能量代谢上的不同，及测定CD133对线粒体功能的调节三个方面，来阐明CD133阳性细胞的重组代谢特征，为深入了解肿瘤（干）细胞的代谢特性，揭示潜在肿瘤代谢靶点，做出创新性的贡献。

肿瘤干细胞在瞬时和空间上的激活依赖于细胞信号传导的高度协调，外部信号需要通过细胞表面受体来传导信息。含有五个跨膜结构的CD133膜蛋白受体是在前体细胞/干细胞的研究中发现的，进而与肿瘤生长、代谢、复发、转移和耐药都有直接或间接的关系。临床上靶向CD133的小分子药物、基因编辑及免疫细胞治疗在肿瘤临床前和临床研究中取得了较好效果。为了更好理解CD133的功能，前期我们通过建立CD133过表达和RNAi干扰的肿瘤细胞株，发现高表达CD133在低糖状态下能促进肿瘤细胞生长，干扰后则细胞生长受抑制。进一步的机制探讨，我们发现CD133在低糖环境下，参与自噬并促进ATP合成和葡萄糖胞内转运。我们推测CD133可能参与细胞能量代谢。因此本课题在上述研究基础上，探讨了CD133在肿瘤（干）细胞能量代谢中的作用。首先用新制备的高表达或干扰CD133细胞验证了CD133在低糖状态下能促进细胞对葡萄糖的摄取；然后，通过电镜实验和组织染色，除了进一步证明了CD133在细胞中与自噬体在一起，证实CD133在线粒体上不表达。提示其有可能通过自噬而参与能量形成过程。通过蛋白相互作用的研究，发现CD133与钙粘蛋白有相互作用，但体外免疫共沉淀实验并没有得到证实。最后，我们分析了细胞代谢产物，在高糖和低糖影响下，高表达CD133引起氨基酸代谢产物增多，干扰CD133表达后，细胞中磷脂产物增多。结果表明CD133对肿瘤（干）细胞的能量代谢具有一定的影响，详细机制尚待进一步研究。除上述研究之外，本课题还支持开展了以下几个方面的研究：1）抑癌因子Merlin的异常剪切体在肝癌转移和癌栓形成中的作用；2）促凋亡作用分子BAX通过调节Cdc42，促进肿瘤细胞迁移和转移的研究；3）多巴胺受体及其拮抗剂对肝癌转移的影响；4）BTG1与炎症性肠病和结肠癌的关系。