柠檬酸裂酶乙酰化调控在肺癌中的作用及其分子机制研究

Lung cancer is one of the most frequent malignant tumor in the world. Recently we found acetylation has essential role in cell metabolism. ATP-citrate lyase directly controls the synthesis rate of de novo lipid synthesis and catalyzes the first step of lipid synthesis. Studies have shown that ACL is overexpressed in various cancers including lung cancer, indicating the important role of ACL in cancer development. Previous studies have focused on phosphorylation and transcriptional regulation of ACL enzyme activity, while no report on acetylation regulation of ACL. Interestingly, our preliminary data found ACL is regulated by acetylation in lung cancer cell line A549, further study indicated ACL acetylation may control its degradation. Based on ACL is one of the important enzymes in de novo lipid synthesis, and ACL overexpression is founded in mutiple cancers and important for cancer development, ACL is a potential target for cancer therapy. Our study can provide not only the insight into cancer development and warburg effect but also the new target for cancer therapy.

肺癌是世界各地常见的恶性肿瘤之一。最近我们发现乙酰化在代谢中起着非常重要的作用。ACL直接影响脂肪酸从头合成的速率，是脂肪酸从头合成代谢的启动酶。研究发现柠檬酸裂酶（ACL）在肺癌等多种癌症细胞中高表达，提示该酶与肿瘤的发生发展有着密切的关系。对其研究主要集中在磷酸化修饰和转录调控上，而关于ACL的乙酰化修饰国际上未见报道。有意义的是我们前期工作发现肺癌细胞系中ACL受到乙酰化的调控， 随后的功能研究发现乙酰化可能调控其降解。基于ACL脂肪酸合成代谢的启动酶，而且ACL在大多数癌症细胞中高表达，同时对肿瘤细胞的发展又是至关重要的， 因此ACL是潜在的癌症治疗的靶标。研究乙酰化对ACL的分子调控机制及其功能，并用小鼠模型和临床肺癌样品验证其体内功能，从而阐明其与肺癌的关系。对其进行研究不仅可拓展对肿瘤发生及其Warburg 效应的理解， 而且可为肿瘤的治疗提供新的靶标。

细胞代谢异常在肿瘤的发生和发展中起着非常重要的作用，但是关于它的分子机制还相当地不清楚，许多方面还值得深入探讨。我们和其他团队研究工作发现许多代谢酶受到乙酰化的调控，且后续的功能研究表明代谢酶的乙酰化调控在肿瘤发生发展中可能起着重要作用。ACLY是脂肪酸合成代谢第一步反应的催化酶，其功能是将线粒体中产生的乙酰辅酶A（Ac-CoA）运输到细胞质中，而乙酰辅酶A是脂肪酸合成的重要底物。研究发现ACLY在肝癌，肺癌等多种癌症细胞中酶活和表达都是显著增高的，提示该酶与肿瘤的发生发展有着密切的关系。我们发现ACLY存在乙酰化和泛素化修饰。进一步研究发现ACLY在应对葡萄糖信号其乙酰化和泛素化存在竞争关系，ACLY的K540, 546和554的乙酰化抑制其泛素化，导致ACLY的稳定性升高，从而提高脂肪酸合成来促进肿瘤细胞的生长。乙酰基转移酶PCAF和去乙酰化酶SIRT2动态调控ACLY K540，546，554的乙酰化水平及其蛋白稳定性。高糖培养条件下，PCAF与ACLY的结合增强，而SIRT2与ACLY的结合减弱，从而导致ACLY K540，546，554的乙酰化水平升高，ACLY蛋白趋于稳定，有利于肿瘤细胞的脂类合成，为肿瘤细胞的快速生长提供有利条件。研究成果发表于Molecular Cell, 2013a。.除此之外，在本项目基金的资助之下，我们还完成了以下工作：1）氧化应激降低磷酸甘油酸变位酶 (PGAM)的乙酰化水平，继而促进肿瘤细胞生长；2）3-磷酸甘油醛脱氢酶 (GAPDH)乙酰化促进肿瘤细胞生长； 3）ALDH1A1乙酰化抑制乳腺癌干细胞的自我更新；4）雌激素在侵袭性乳腺导管癌中通过GPER激活TAZ。发表了高水平SCI论文5篇，其中Mol Cell. 1篇，Cancer Res.1篇，J. Biol. Chem. 1篇，J Clin Invest. 2篇。