EB病毒通过氧化应激介导NRF1调控线粒体编码基因的表观遗传学修饰和能量代谢异常

Based on the latest international research progression and our solid preliminary research fundation and novel scientific discoveries, this proposal attempts to figure out the role of oncovirus in carcinogenesis from the angel of energy metabolism. In nasopharyngeal carcinoma cell model, by stimulating reactive oxygen species (ROS) generation, Epstein-Barr Virus (EBV)-encoded oncoprotien latent membrane protein (LMP1) is supposed to activate nuclear respiration factor 1 (NRF1) and then upregulate the expression of DNA methyltransferase 1 (DNMT1) and facilitate the mitchondrial translocation of DNMT1, which is supposed to epigenetically modify the mitochondrial DNA-encoded genes and suppress the expression of these genes, including NADH dehydrogenase 6 (ND6), cytochrome c oxidase II (COII) and ATPase 6, and eventually inhibit the electronic transportation chain and ATP generation. With this research, the functions of EBV-LMP1 in tumorigenesis of nasopharyngeal carcinoma could be widened, and we thus can better understand the characters of energy metabolism of cancer cells and get inspirations in investigating the carcinogenesis of nasopharyngeal carcinoma from the angle of oxidative stress and mitochondrial metabolic disorders.

本项目立足于前期的工作基础及新的科学发现， 综合当前国际研究新进展，以EBV编码的致瘤蛋白LMP1诱导氧化应激为切入点，以氧化应激敏感因子NRF1转录调节DNMT1表观遗传学修饰线粒体编码基因为核心，从LMP1调控的氧化应激及线粒体功能异常的角度阐明病毒所致细胞能量途径改变的分子机制。通过研究EBV-LMP1在鼻咽癌细胞中诱导产生氧化应激的分子机制，以及EBV-LMP1通过改变细胞氧化应激状态调节GSH/GSSG比值，进而调节转录因子NRF1的转录活性，促进DNMT1的表达和线粒体移位并对线粒体基因组进行表观遗传修饰，抑制电子传递链相关酶表达，最终明确EBV LMP1通过诱导氧化应激影响线粒体有氧呼吸和能量代谢的影响。通过对这一问题的阐明将有助于我们认识LMP1在肿瘤细胞线粒体损伤和能量代谢异常中的作用，为从能量代谢角度认识致瘤病毒在肿瘤发生发展中的作用提供新的科学证据.

鼻咽癌是东南亚地区最高发的恶性肿瘤之一。前期，我们通过代谢组学方法，发现鼻咽癌是一种代谢性疾病。鼻咽癌病人的代谢谱与健康人群的代谢谱相比，存在显著差异。基于液气相色谱和最小二乘法，我们构建了鼻咽癌的判别模型，此模型的敏感性为88%，特异性92%。在此模型中，葡萄糖，亚油酸，硬脂酸，花生四烯酸，脯氨酸和β-羟丁酸的变化最为显著。放射治疗可显著改善鼻咽癌病人的代谢谱；而放射治疗后，代谢谱改善明显的病人的预后显著好于代谢谱改善不明显的鼻咽癌病人。放疗后的代谢谱变化和临床预后的一致性高达80%。葡萄糖主要通过线粒体氧化磷酸化被代谢并产生能量。然而，肿瘤细胞主要依赖于葡萄糖代谢的糖酵解通路获取能量。我们发现鼻咽癌细胞中Epstein-Barr(EB)病毒编码的潜伏膜蛋白1(LMP1)可上调ROS(reactive oxygen species)水平，促进脂肪酸的过氧化。在氧化应激状态下，核呼吸因子1(Nuclear respiratory factor 1, NRF1)被激活。核呼吸因子1是重要的能量代谢相关的转录因子，可通过对线粒体DNA的表观遗传学修饰，抑制氧化磷酸化相关基因的表达，抑制有氧呼吸，进而促进肿瘤细胞依赖于糖酵解通路。此外，LMP1通过PI3-K/Akt-GSK3beta-FBW7信号轴，促进c-Myc转录因子在LMP1过表达的鼻咽癌细胞中稳定表达，从而转录激活HK2(Hexokinase 2，己糖激酶)。HK2高表达不仅可以上调糖酵解通路的活性，也可以堆积在线粒体外膜从而阻断细胞凋亡。在鼻咽癌病人的标本中，HK2高表达与不良预后显著相关。HK2敲除可显著增加鼻咽癌病人对放疗的敏感性。因此，本课题系统的阐述了在鼻咽癌细胞中，EB病毒编码蛋白LMP1通过核呼吸因子1抑制线粒体氧化磷酸化，激活糖酵解，改变肿瘤细胞的代谢谱的分子机制。LMP1促进HK2高表达，不仅激活糖酵解通路还阻遏了线粒体细胞凋亡通路，与不良预后密切相关。