酪氨酸磷酸酶PTPRO通过PAK1调节糖酵解关键酶PFK-L抑制肿瘤转移的机制

Glucose metabolism deregulation in cancer cells contributes to metastasis. However, the underlying mechanism is unclear. Our preliminary data showed that Ptpro deficiency in mice facilitates lung metastasis of MMTV-pyMT-induced mammary tumorigenesis, and transcriptomic profiling indicated that loss of PTPRO lead to upregulation of key glycolytic enzyme phosphofructokinase-liver isoform (PFK-L). Bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assay revealed that PTPRO can interact with p21 protein (Cdc42/Rac)-activated kinase 1 (PAK1). Analysis of mouse model and patient specimen showed that PTPRO expression was closely associated with PAK1 tyrosine phosphorylation and nuclear localization, which subsequently regulate transcription of PFK-L. We hypothesize that PTPRO represses tumor metastasis by regulating key glycolytic enzyme PFK-L in a PAK1 dependent manner. We thus propose to clarify whether PTPRO regulates metastasis via glucose metabolism using mouse model, cultured cells, patient specimen and bioinformatic data mining. Second, we will verify whether PAK1 mediates PTPRO's regulation on PFK-L. Third, we will elucidate that tyrosine phosphorylation of PAK1 and its translocation into nucleus are the key mechanisms for PTPRO-induced PFK-L alteration. The study is of importance for the insight of regulatory mechanism on glucose metabolism deregulation-induced metastasis. The finding will benefit designing the novel strategy for anti-metastasis therapeutics.

糖代谢异常对肿瘤转移起重要作用，但机制不明。前期在乳腺癌模式小鼠中发现基因敲除酪氨酸酶PTPRO促进肺转移，转录组学发现PTPRO敲除后糖酵解关键酶PFK-L升高，细胞实验提示PFK-L可介导PTPRO对转移的调控。双分子荧光互补实验表明PTPRO与PAK1结合，动物和临床标本发现PTPRO水平与PAK1酪氨酸磷酸化及细胞核表达相关，而PAK1入核后可参与调控PFK-L转录。假说：PTPRO通过PAK1调节糖酵解关键酶PFK-L，进而调控肿瘤转移。本研究拟①应用细胞和小鼠模型，结合临床标本及生物信息，证明PTPRO-PFK-L是调控能量代谢和肿瘤转移的关键通路；②在体外和体内水平，验证PAK1介导PTPRO调控PFK-L；③在分子水平探讨PAK1酪氨酸磷酸化和细胞核转位是介导PTPRO调控PFK-L转录的关键机制。课题旨在探讨调控肿瘤糖代谢-转移通路的分子机制，为治疗转移提供新思路。

免疫微环境在维持肿瘤细胞侵袭迁移能力和促进肿瘤转移等方面发挥重要作用，然而其背后的分子机制尚不清楚。蛋白酪氨酸磷酸酶O型受体（PTPRO）在多种肿瘤中充当肿瘤抑制因子，但其在肿瘤免疫微环境及肿瘤转移中的作用仍不明确。在本项目的推进过程中，我们意外发现PTPRO和肿瘤微环境中免疫细胞密切相关，并在此方向进行了深入探索。生物信息学分析显示PTPRO与免疫浸润密切相关，并与乳腺癌组织中M1型巨噬细胞呈正相关。与过表达PTPRO的乳腺癌细胞共培养增加了M1样肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的比例，同时降低了M2样TAMs的比例。进一步细胞实验发现肿瘤来源的外泌体PTPRO诱导M1型巨噬细胞极化，并调节相应的功能表型。机制研究表明外泌体PTPRO通过去磷酸化STAT3和STAT6促进M1型巨噬细胞极化，最终抑制乳腺癌细胞的侵袭迁移能力。以上成果已发表在Front Cell Dev Biol上。基于课题组在PTPRO研究领域的积累，还应邀在国际期刊Front Immunol上发表综述，对PTPRO和免疫微环境进行了全面系统的总结。.除了完成本项目研究内容之外，课题组还充分利用本项目资助资金，在肿瘤诊断、治疗及分子机制方面进行了多维度的全面研究，取得丰硕的成果，共发表15篇SCI论文：包括Mol Cancer, Clin Cancer Res, PNAS, Oncogene, iScience, Cancer Lett, Cancer Commun, Theranostics等。例如：在肿瘤诊断方面，发现唾液外泌体嵌合RNA G-NchiRNA以及tsRNA是一种有效的非侵入性生物标志物，可方便、可靠地评估食管鳞癌病人的治疗反应、复发并进行早期检测；在肿瘤治疗方面，通过II期临床试验发现低剂量二甲双胍可以重塑食管鳞癌免疫微环境，为临床开展二甲双胍联用免疫检查点抑制剂治疗提供了新的希望；在机制研究方面，发现GHRH-R可变剪接体SV1通过NF-κb-PFKM通路调控糖酵解过程。