HIF-1α依赖的GLS2调控线粒体谷氨酰胺代谢重编程介导宫颈癌放疗耐受的分子机制研究

Adaptive metabolism switch in cancer progression is a most important feature in different types of tumor. Recent studies reveal that increased radioresistance might be associated with various factors involved in tumor altered metabolism, but the mechanism of metabolism reprogramming enhanced radioresistance is still unclear. We previously observed that levels of glutaminase (GLS2) in tissue samples of cervical cancer patients with radioresistance were much higher than those in radiosensitive patients. Moreover, the radioresistant cervical cancer cell line (HelaR) which established by 50 Gy X-ray intermittently treatment show a higher expression of GLS2 and GSH but lower ROS (reactive oxygen species) than those radiosensitive Hela cells. We also found that GLS2 gene expression is significantly correlated with HIF-1α signature and HIF target genes. We hypothesize that HIF-1α may regulate GLS2 overexpression, which in turn enhance mitochondria GSH to protect cancer cells from radiation induced ROS. Low levels of ROS may switch the banding between β-catenin with FOXO3a to TCF4, which may result in resistance to radiotherapy in tumor cells.

恶性肿瘤在应答外界有害刺激过程中发生代谢方式的适应性改变是导致其耐受放化疗的重要原因。我们前期研究发现对放疗耐受的宫颈癌细胞其糖酵解受抑制，而参与谷氨酰胺代谢的关键酶GLS2（肝型谷氨酰胺酶）表达上调，线粒体还原型谷胱甘肽明显增加而活性氧水平下降，推测GLS2调控宫颈癌谷氨酰胺代谢的重塑可影响线粒体谷胱甘肽与活性氧水平，这可能与其放疗耐受表型有关，但肿瘤细胞内谷氨酰胺代谢重塑的调控过程及在介导放疗耐受中的作用机制尚不清楚。本项目拟以宫颈癌细胞为研究对象，首先弄清 GLS2 对谷氨酰胺代谢及线粒体ROS（活性氧）的调控作用，观察干扰放疗耐受宫颈癌细胞 GLS2的表达后对线粒体谷胱甘肽合成及ROS含量的影响，进而探讨GLS2在放疗耐受宫颈癌细胞中显著上调的机制，其如何受HIF-1α调控以及其如何通过ROS影响Wnt/β-catenin/TCF4通路，揭示宫颈癌获得性放疗耐受的分子途径。

恶性肿瘤在应答外界有害刺激（如放射线和化学药物治疗，细胞缺血缺氧以及营养缺乏等）的过程中发生代谢方式的适应性改变是导致肿瘤细胞产生放化疗耐受和诱发侵袭转移等恶性结果的重要原因。谷氨酰胺代谢为恶性肿瘤细胞的生存、增殖以及迁移提供主要能源物质，谷氨酰胺酶为谷氨酰胺代谢的关键酶，主要分为肾型谷氨酰胺酶（GLS1）和肝型谷氨酰胺酶（GLS2）。我们研究发现GLS2参与调控宫颈癌谷氨酰胺代谢的重塑可影响线粒体谷胱甘肽、NADH等抗氧化剂与活性氧水平，诱导宫颈癌产生放疗抵抗，并证实这一过程受放射线激活的HIF-1调控。HIF-1是低氧调控的关键核转录因子，由HIF-1α和HIF-1β两个亚基组成，可调控下游大约1000多个靶基因的表达，可调控肿瘤发生发展各个重要环节。与此同时，我们证实在实体肿瘤中HIF-1参与调控GLS1的表达，该过程可诱发结肠癌发生侵袭转移，对影响肿瘤病人的预后和生存率具有明显作用。除此以外，通过利用肿瘤基因信息数据库，我们筛选出与HIF-1α的表达呈显著正相关性的转录共激活因子（TAZ），TAZ 是Hippo信号通路的主要效应因子名为具有PDZ结合模序的转录共激活因子，我们证实HIF-1α和TAZ之间存在相互调控机制，可互为对方的共刺激因子，活化彼此转录活性，参与调控双方下游靶基因的表达。