SIRT5通过调控糖代谢而影响大肠癌发生发展的机制研究

Glucose metabolic reprogramming is critical for the maintenance of rapid tumor cell proliferation. The mechanisms and molecular targets of this process are potentially a fruitful arena for cancer therapy. Currently, we found that the expression of lysine desuccinylase SIRT5 was significantly elevated in colorectal carcinoma tissues. Moreover, SIRT5 knockdown inhibited colorectal cancer cell proliferation, along with a decrease in intermediates of glycolysis, pentose phosphate pathway and tricarboxylic acid cycle. We therefore assume that SIRT5 may be emerging as a potential regulator of glucose metabolic alterations during the development of colorectal cancer. Based on our former results, in this study we aim to ① clarify the expression of SIRT5 in normal mucosa, colorectal adenoma and carcinoma, and analyze the association between its expression and clinical characteristics and prognosis. ② explore the effect and underlying mechanisms of oncogenic alterations of glucose metabolism by SIRT5 in the colorectal cancer. ③ preliminarily study the molecular mechanism of SIRT5 regulated by mTORC1 signaling pathway. The implementation of this project will provide new theoretical basis for effective therapy of colorectal cancer.

糖代谢重编程对维持肿瘤快速增殖至关重要，其中的机制与防治靶点一直是研究热点。近来我们发现，赖氨酸去琥珀酰化酶SIRT5在大肠癌组织中表达显著上调；静默SIRT5可抑制大肠癌细胞增殖，并伴随糖酵解、磷酸戊糖途径、三羧酸循环中间产物的减少。据此我们推测，SIRT5可能作用于糖代谢过程而影响大肠癌的发生发展。因此，本研究拟在国际上最新研究进展和我们前期工作的基础上，通过组织标本、细胞学实验和动物体内试验：①明确SIRT5自大肠腺瘤至大肠癌进展不同病理阶段的表达变化，及其与大肠癌生物学行为、临床预后和化疗敏感性的关系；②深入研究SIRT5通过影响大肠癌糖代谢过程而促进肿瘤恶性进程的作用及具体机制；③初探SIRT5受mTOR复合物1通路调控的分子机制。本课题的实施将为大肠癌临床治疗提供新的理论依据。

大肠癌代谢的精准调控在肿瘤进展中起重要作用。Sirtuin-5（SIRT5）位于细胞线粒体中，是否影响大肠癌发生发展尚未有报道。我们应用组织免疫荧光与免疫组化评估SIRT5在大肠癌组织中的蛋白表达水平，及其与临床病理参数和预后的关系。进一步通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）以及13C代谢流实验检测大肠癌细胞中代谢物的改变；通过检测大肠癌细胞系的增殖活性并以免疫印迹、酶活性的检测、免疫沉淀等实验来探讨SIRT5在大肠癌发展中的具体作用以及相关机制。最后我们建立裸鼠移植瘤实验模型验证体外实验的结果。通过组织免疫化学我们发现，SIRT5蛋白的高表达与病人临床病理特征显著相关。通过代谢组学我们发现SIRT5调控大肠癌细胞谷氨酰胺代谢；敲低SIRT5后，可以明显抑制谷氨酰胺代谢及其对三羧酸循环的回补作用，造成三羧酸循环中间产物以及谷氨酰胺来源的非必需氨基酸的明显减少，进而影响了肿瘤快速生长所需代谢产物的合成。另外我们发现，谷氨酰胺代谢途径的谷氨酸脱氢酶（GLUD1）与SIRT5存在相互作用，其酶活性受SIRT5调控。并且体外细胞学实验以及体内移植瘤实验均证明GLUD1参与介导了SIRT5的促肿瘤作用。SIRT5通过调控GLUD1，促进谷氨酰胺酵解对大肠癌细胞三羧酸循环的回补，从而影响了大肠癌的恶性表型。我们的结果提示SIRT5有可能成为大肠癌诊断与预后判断的潜在分子标志物以及治疗靶点。