小檗碱调控谷氨酰胺代谢抑制肝癌的生物学功能及机制研究

Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most important medical problems in our country. HCC has the highest incidence and mortality in the world. The traditional chemotherapy drugs are few, with big side effect. In recent years, the anti-tumor effect of Berberine has been recognized gradually, with high safety and less side effects, but the research is not enough and the mechanism is not clear. Previous study found that Berberine can inhibit the proliferation of hepatoma cells. In sugar free condition, Berberine can significantly accelerate the apoptosis of hepatoma cell. We found that the possible mechanism is inhibition of Berberine for glutamine metabolism, and the key molecules was SLC1A5, GLS and GDH. Our project was designed to verify the antitumor effect of Berberine only or combined with sorafenib in cell and animal model, detect the action of glutamine metabolism and the key enzyme activity under Berberine treated, explain the molecular mechanism that Berberine regulated SLC1A5, GLS and GDH, and reveal the important role of c-Myc. Our project would establish the relationship between Berberine and tumor metabolism, to reveal the molecular target of Berberine regulation of glutamine metabolism, and to provide theoretical support and experimental evidence for the anti-tumor effect of Berberine.

肝癌是我国的重大医疗难题之一，发生率与病死率均居前列，潜在发病人群基数庞大，严重危害我国人民健康。靶向化疗药物极少，副作用较大。近年来，抗菌药物小檗碱（Berberine）的抗肿瘤作用逐渐被人们认可，其安全性高，副作用少，但研究匮乏，机制尚未明确。课题组前期研究中发现小檗碱可以抑制肝癌细胞增殖，在葡萄糖缺乏条件下显著促使肝癌细胞凋亡，其可能机制为小檗碱抑制肝癌细胞的谷氨酰胺代谢途径。本课题拟在细胞模型及PDX模型中验证小檗碱的抗肝癌作用及联合索拉非尼抑制肝癌的效果，检测小檗碱作用下肝癌细胞的谷氨酰胺代谢情况及各关键限速酶的活性，明确小檗碱对SLC1A5、GLS、GDH等相关分子靶点的调控作用，揭示Berberine介导c-Myc调控肝癌细胞谷氨酰胺代谢的分子机制，建立小檗碱与肿瘤代谢的联系，创新性地从代谢角度解释Berberine的抗肝癌作用，为肝癌治疗的临床药物选择提供新的思路。

研究背景.肝细胞癌是全球范围内最为普遍的恶性肿瘤之一，其发病率在肿瘤发病率中排第六，其病死率在肿瘤中排第三。因此针对肿瘤代谢的新型抗肝癌药物的研发是目前研究者们最为迫切的课题之一。近年来，抗菌药物小檗碱（Berberine）的抗肿瘤作用逐渐被人们认可，其安全性高，副作用少，但研究匮乏，机制尚未明确。课题组前期研究中发现小檗碱可以抑制肝癌增殖，在葡萄糖缺乏条件下显著促使肝癌细胞凋亡，其可能机制为小檗碱抑制肝癌细胞的谷氨酰胺代谢途径。本课题做出科学假设小檗碱可通过调控肝癌细胞谷氨酰胺代谢抑制肝癌的生物学功能。.研究结果.1..小檗碱可以抑制肝癌细胞的增殖，并且这种对肝癌细胞增殖的抑制呈浓度依赖性和时间依赖性。.2..质谱检测发现小檗碱干预后，肝癌细胞内谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸水平下降；小檗碱处理后，肝癌细胞谷氨酰胺代谢相关蛋白SLC1A5、GLS、PSPH表达水平下降，同时肝癌细胞谷氨酰胺吸收率下降；提示小檗碱可以抑制肝癌细胞SLC1A5表达水平和谷氨酰胺吸收能力。.3..裸鼠成瘤实验提示小檗碱可以在体内抑制肝癌的生长和SLC1A5的表达。.4..上调SLC1A5的表达水平可以减轻小檗碱对肝癌细胞增殖的抑制作用，提示小檗碱通过抑制肝癌细胞SLC1A5的表达和谷氨酰胺的吸收进而抑制细胞增殖。.5..体内及体外实验证实小檗碱干预后肝癌细胞c-Myc表达水平下降。上调c-Myc的表达可以减轻小檗碱对SLC1A5表达的抑制作用，并缓解小檗碱对肝癌细胞增殖的抑制作用。 .6..TCGA数据库显示SLC1A5高表达与患者预后不良相关；肝癌组织中，SLC1A5表达水平与c-Myc表达水平呈正相关性.研究结论.1..小檗碱可通过抑制SLC1A5表达、抑制谷氨酰胺吸收进而抑制肝癌细胞增殖。.2..小檗碱通过抑制c-Myc表达进而抑制SLC1A5的表达。.3..SLC1A5表达水平与患者预后相关，SLC1A5高表达的患者预后不良。.科学意义：.明确小檗碱对SLC1A5、GLS、GDH等相关分子靶点的调控作用，揭示小檗碱介导c-Myc调控肝癌细胞谷氨酰胺代谢的分子机制，建立小檗碱与肿瘤代谢的联系，创新性地从代谢角度解释小檗碱的抗肝癌作用，为肝癌治疗的临床药物选择提供新的思路。