嘌呤核苷酸分解代谢关键酶XDH通过Twist1调控肝癌转移的机制研究

Metabolic reprogramming of tumor cells is closely related to tumor metastasis. However, the relationship between purine catabolism and tumor metastasis remains unclear. Our previous study reported that the low expression of xanthine oxidoreductase (XDH), a rate-limiting enzyme in purine catabolism, promoted the metastasis of hepatocellular carcinoma (HCC) probably through the epithelial-mesenchymal transition (EMT) specific transcription factor Twist1. This project intends to further investigate that how the expression of XDH in HCC perturbs purine catabolism, and alters intracellular purine metabolic molecules, the downstream signaling pathway and the expression of Twist1, in the regulation of HCC metastasis. This project intends to: (1) analyze the expression of XDH and its related catabolism enzymes and metabolic molecules in HCC; (2) whether these changes affect inosine/A2bR axis, MAPK, NF-kB and other signaling pathways, and the expression of Twist1 and HCC metastasis; (3), verify the relationship between XDH and related purine catabolism enzymes, A2bR and Twist1 in vivo, and analyze their clinical significance. This project will clarify the relationship between tumor cell purine nucleotide metabolism and tumor metastasis.

肿瘤细胞代谢重编程与肿瘤转移密不可分，然而，嘌呤核苷酸分解代谢与肿瘤转移的关系尚不明确。前期研究发现，嘌呤核苷酸分解代谢限速酶黄嘌呤氧化还原酶(XDH)的低表达促进了肝细胞肝癌(HCC)转移，且与上皮-间质转化(EMT)特异性转录因子Twist1的表达密切相关。本项目拟进一步探讨HCC中XDH的表达异常如何扰动嘌呤核苷酸分解代谢途径、并改变相关嘌呤代谢分子水平、下游信号通路和Twist1的表达，从而调控HCC转移的机制。本项目拟：(1)，分析XDH及相关嘌呤分解代谢酶和代谢分子的表达变化；(2)，上述变化是否通过嘌呤代谢分子肌苷/A2bR轴影响MAPK、NF-kB等信号通路，从而调控Twist1的表达和HCC转移；(3)，体内验证XDH及相关嘌呤分解代谢酶、A2bR和Twist1之间的关系，并分析其临床意义。本项目的实施有助于明确肿瘤细胞嘌呤核苷酸代谢异常与肿瘤转移的关系。

嘌呤核苷酸分解代谢作为代谢重编程的重要组成部分，在肿瘤细胞的恶性生物学行为的作用尚不明确。黄嘌呤氧化还原酶（Xanthine dehydrogenase，XDH）作为嘌呤核苷酸分解代谢途径的关键性限速酶，还可参与氧化应激、脂质代谢、炎症级联反应和固有免疫系统的功能调节。XDH在各脏器中广泛表达，而在肝脏中表达最为丰富。既往研究表明，较癌旁组织，肝癌组织中XDH的表达量显著下调，增强肿瘤的迁移侵袭性和干细胞特性，与Twist1的高表达及TGFβ通路激活相关联。因此，XDH与肝癌的发生发展密切关联。. 本课题：①研究了XDH在人多种肿瘤中的表达水平，较癌旁组织，发现肝脏、乳腺、结肠、胆道、肾脏及淋巴造血系统的肿瘤中XDH表达显著降低；②确认了XDH在肝癌患者中的临床价值，发现XDH可延长肝癌患者的总生存期（OS），为独立预后因子；③分析了XDH与肿瘤微环境之间的关系，发现肝癌中XDH的表达与CD8+T细胞呈正相关，改变了肝癌细胞的免疫应答分子的表达，与免疫检查点分子PD1、CTLA4等呈负相关，活化了PI3K、AKT通路；④构建了Nomogram模型，发现XDH相关的免疫指纹可预测肝癌患者3年及5年的OS（AUC分别为0.81和0.80）。因此，XDH低表达可能促进肝癌细胞的免疫逃逸而增强其恶性生物学行为；⑤探索了XDH与铁死亡的关系，发现XDH的过表达导致铁死亡关键基因GPX4的上调, 抵抗铁死亡诱导剂Erastin或RLS3所致的ROS水平异常；⑥测定了XDH相互作用蛋白情况，发现XDH可能与CCT3、DDX39B等基因存在相互作用。. 总之，本研究系统地分析了XDH在人多种肿瘤中的临床意义，着重阐述了XDH可作为肝癌患者的独立预后因子，揭示了XDH调控肝细胞肝癌的免疫微环境，探究了XDH与肝细胞肝癌中铁死亡的关系。本项目具有一定的临床应用前景，也丰富了XDH的生物学功能知识。