BRCA1通过ACSL4调控脂代谢影响乳腺癌细胞侵袭转移的机制研究

BRCA1 dysfunction plays a key role in tumor initiation and development. However, the impact of BRCA1 on cancer cell metabolism and these metabolic reprogramming enabled malignant properties remain unclear. Our previous data showed ACSL4, preferring arachidonic acid (AA) or eicosapentaenoic acid (EPA) to synthesize phospholipids, is overexpressed in BRCA1 knock out MCF-7 cells. In addition, in MCF-7/KO-BRCA1 cells, the cell membrane fluidity and CXCR2 phosphorylation and FAK signaling pathway associated genes expression and invasion were compromised by ACSL4 inhibitor. Here, we hypothesis that BRCA1-ACSL4 axis probably regulates cell membrane lipid composition and affects cell membrane receptor localization, distribution or activity, interacting with ECM component or cytokine to activate FAK signaling, then further enhances the tumor invasion. CRISPR-Cas9, lipidomics, laser confocal microscopy and PLA will be used to identify the effect of BRCA1-ACSL4 axis on cell membrane lipid composition, as well as the localization and distribution and activity of membrane receptor. Western Blotting, inhibitors, 3D cell culture, nude mouse will be employed to demonstrate the influence of changes in membrane receptor on FAK signaling activation, and further induce cancer cell metastasis. Our results will disclose a novel potential mechanism of BRCA1 in lipid metabolism, thus promoting cancer cell metastasis.

BRCA1与乳腺癌密切相关，BRCA1功能缺失引起的代谢异常与乳癌进展的关系有待深入研究。前期发现敲除BRCA1的乳癌细胞高表达ACSL4。ACSL4主要活化长链多不饱和脂肪酸生成磷脂，暗示BRCA1-ACSL4轴可能调控细胞膜脂质组成。ACSL4抑制剂，明显减弱BRCA1敲除的MCF-7细胞增强的细胞膜流动性、膜受体（CXCR2）磷酸化、FAK通路活化及侵袭能力。故推测BRCA1-ACSL4轴调控细胞膜脂质组成，影响膜受体对外界信号的应答，调控FAK通路介导的乳癌细胞侵袭转移。本研究拟用CRISPR-Cas9技术、脂质组学、激光共聚焦、PLA等验证BRCA1-ACSL4轴调控细胞膜脂质组成和细胞膜受体定位、分布及活性；WB、小分子抑制剂、3D培养、裸鼠成瘤等研究细胞膜受体对外界信号的应答及FAK通路介导的乳癌细胞侵袭转移。研究结果有望揭示BRCA1调控脂代谢影响乳癌侵袭转移的内在机制。

1. 研究背景：三阴性乳腺癌是乳腺癌中恶性程度最高的一个类型，严重危害女性健康。代谢重塑是恶性肿瘤的一大特征，但肿瘤亚型的特行证代谢异常及其与肿瘤恶性进展的内在机制尚不明确。.2. 研究内容、重要结果及关键数据：我们首先通过肿瘤基因大数据分析发现脂代谢是异常三阴性乳腺癌的特性性代谢改变，其中脂肪酸活化基因ACSL4在三阴性乳腺癌中特征性高表达，与肿瘤转移、病人预后差显著正相关。然后，我们MD-MBA-231和BT549三阴性乳腺癌细胞中敲低ACSL4，通过脂肪酸beta氧化产物检测、脂质组学分析，我们发现三阴性乳腺癌细胞MD-MBA-231细胞中敲低ACSL4，磷脂不饱和度和细胞膜流动性减弱。通过脂筏蛋白质谱分析、WB和共聚焦发现，与转移密切相关蛋白ITGB1定位脂筏减少，并且ITGB1与CD47在脂筏中的相互作用减弱，同时下游信号通路p-FAK减弱；Transwell实验显示，细胞侵袭能力下降。接着，我们在ACSL4敲低的三阴性乳腺癌细胞中回复ACSL4的表达，细胞侵袭转移能力增强，p-FAK活化增强。随后，三阴性乳腺癌细胞中添加ACSL4常见产物花生四烯酸酰基辅酶A，细胞膜脂筏中ITGB1定位增加，p-FAK活化增强，细胞侵袭能力增强。敲低ACSL4使花生四烯酸酰基辅酶A的促ITGB1定位脂筏、p-FAK的活化及细胞侵袭的作用显著减弱。最后，ACSL4敲低的三阴性乳腺癌中添加ACSL4明显影响的C16：0/C20:4不饱和磷脂，ITGB1的细胞膜脂筏定位增加，p-FAK活化增强，促进细胞侵袭能力。综上所述，ACSL4在三阴性乳腺癌中特征性表达增加，通过上调磷脂不饱和度，促ITGB1脂筏定位，增强与CD47互作，促下游p-FAK活化，从而增强癌细胞侵袭转移能力。.3. 研究意义：通过本研究，我们挖掘出脂肪酸活化基因ACSL4在三阴性乳腺癌中特异高表达，并深入阐述了ACSL4通过上调磷脂不饱和度调控细胞侵袭转移的分子机制，为三阴性乳腺癌的临床诊断或预后判断提供潜在的标志物，并为临床治疗提供了潜在的代谢靶点。