IL-1β调控口腔鳞癌代谢重编程的模式及机制研究

Metabolic reprogramming is a key energy metabolic hallmark of cancer, which confers a selective advantage for survival and proliferation in the unique tumor microenvironment, correlating closely with tumorigenesis, development, progression and clinical outcome of cancer. Recently,we found that IL-1β, as one of the key nodes of regulating network during malignant transformation of oral mucosa, enhanced efficiently the glucose utilization and lactate concentration of the cell lines supernatant of oral squamous cell carcinoma (OSCC) in a dose-depentdent manner. Since the lactate is a metabolic key player in cancer and high tumor lactate concentrations are correlated with poor prognosis of OSCC patients, we hypothesize that IL-1β play a central role in regulation of OSCC metabolic reprogramming by a pattern of IL-1β-lactate positive feedback loop. Therefore, the aim of this innovate research is to disclose the mechanisms of IL-1β-lactate positive feedback loop in regulation of OSCC metabolic reprogramming by the in vitro and in vivo studies of OSCC cell lines, model animals and clinical samples so as to give new lights into the metabolic reprogramming-based translational strategies of oral carcinogenesis.

代谢重编程 (metabolic reprogramming)是恶性肿瘤发生发展重要机制之一，干预代谢重编程有望成为肿瘤防治的新策略。目前发现口腔鳞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）也发生代谢重编程，但其机制及转化研究尚未深入。我们近期发现：作为口腔黏膜上皮细胞恶性转化过程的关键节点，IL-1β可引起OSCC细胞培养上清乳酸含量增加、葡萄糖浓度下降，并呈剂量依赖性。由于乳酸是肿瘤代谢重编程的终产物和效应物、与头颈部鳞癌预后负相关，我们假设：IL-1β可能通过上调AKT等关键基因上调乳酸产生、蓄积与分泌，以IL-1β－乳酸双向正反馈模式调控OSCC代谢重编程。为此，本项目拟开展IL-1β－乳酸双向正反馈模式调控OSCC代谢重编程机制的体内外实验研究，以期阐明OSCC代谢重编程的调控机制和意义，为开展OSCC基于肿瘤代谢重编程的转化研究提供理论与实验基础。

根据本项目申请书的研究目的和研究方案，本课题组研究主要探讨OSCC发生发展过程中促炎细胞因子IL-1β调控肿瘤微环境代谢重编程的作用模式和机制，开展细胞-动物模型-临床样本三个层次的实验：（1）细胞实验：建立成纤维细胞和OSCC共培养体系，观察其代谢的改变及IL-1β在其中的关键调控作用及其对其他口腔肿瘤生物学行为的影响；此外探讨乏氧、化疗及放疗等特殊条件下OSCC微环境中代谢重编程的改变；（2）动物模型实验：以转录组为技术平台，4NQO 诱导 OSCC 大鼠模型为研究对象， IL-1β为干预目标，生物信息学分析为研究手段，分析IL-1受体拮抗剂体内干预成癌过程后 IL-1β亚网络关键节点的改变，发现下游关键靶基因GLRX1；（3）临床样本实验：收集口腔黏膜恶变各阶段样本，明确 IL-1β及其下游基因GLRX1表达变化趋势；收集口腔癌及癌旁组织进行mRNA、miRNA及lncRNA芯片实验，进一步探讨影响OSCC代谢重编程的作用机制。结果发现：（1）肿瘤细胞可以诱导正常间质成纤维细胞被激活，GLUT1、HK2、LDHA和MCT4表达上调，代谢模式发生改变，糖酵解能力增强；同时激活的成纤维细胞又可诱导与之共培养的肿瘤细胞代谢模式改变，有氧糖酵解能力得到进一步增强，肿瘤与间质细胞相互影响彼此的代谢模式，从而共同促进肿瘤发展；炎性因子IL-1β刺激正常成纤维细胞亦可促使细胞对糖的摄入能力增强，提示炎症微环境可通过作用于间质，通过调节其代谢模式使其向有利于肿瘤发展的糖酵解模式转化；乏氧、化疗及放疗可影响OSCC微环境中代谢重编程；（2）在4NQO诱导大鼠舌癌模型中，以IL-1β为靶点干预能够显著降低4NQO诱导的口腔黏膜上皮恶性程度，IL-1β可能通过其下游基因GLRX1调控肿瘤细胞氧化还原反应，维持细胞稳态；（3）lncRNA-p23154通过影响miR-378a表达来调控OSCC细胞代谢重编程。