LncRNA PCAT19调控糖代谢促进乳腺癌增殖转移及其机制的研究

Metabolic shift from oxidative phosphorylation to glycolysis is thought to be a crucial cause of tumor progression, and non-coding RNA plays a key role in the process. We have previously reported that miR-361-5p inhibits breast cancer cells aerobic glycolysis and proliferation by targeting FGFR1. In this study, we used RNA-sequencing and bioinformatic methods to predict the LncRNA that might be associated with miR-361-5p. LncRNA PCAT19 attracted our attention and was overexpressed in breast cancer tissues and cell lines. We will detect the relevance between LncRNA PCAT19 and clinicopathologic feature, and explore the influence that LncRNA PCAT19 exerts on cell glucose metabolism, proliferation and invasion. To explain the mechanism, we will clarify the regulatory relationship among LncRNA PCAT19, miR-361-5p and the downstream targets: PPARG, SND1 and FGFR1. In addition, we will examine the interaction relation between LncRNA PCAT19 and ACO1, a protein involved in tricarboxylic acid cycle (TCA), and subsequently investigate whether this interaction could play a role in cell glucose metabolism of breast cancer. Together, this study will provide not only a novel theoretical basis on the mechanism that non-coding RNA regulates the function of breast cancer cells, but also new drug targets for the precise treatment of breast cancer.

肿瘤细胞糖代谢途径的转变是肿瘤迅速增殖进展的重要原因，非编码RNA参与其中并发挥重要作用。我们前期研究证实乳腺癌中miR-361-5p通过调节下游靶基因FGFR1的表达，调控糖酵解抑制肿瘤细胞增殖。本研究利用RNA测序和生物学信息软件筛选出乳腺癌中与miR-361-5p相关且表达显著降低的LncRNA PCAT19，检测其在乳腺癌组织的表达，探讨与临床病理学特征的相关性，明确Lnc PCAT19对肿瘤细胞糖代谢和恶性表型的影响。澄清LncRNA PCAT19通过竞争性结合miR-361-5p调控其下游靶基因的表达并作用于相关酶基因，促进糖酵解； LncRNA PCAT19能够与RNA结合蛋白ACO1直接结合，影响三羧酸循环的进行，促进乳腺癌增殖侵袭。本研究通过对LncPCAT19的功能及其作用机制的解析，精细揭示非编码RNA调控乳腺癌细胞生物学功能的分子机制，并为乳腺癌的治疗提供新的靶点。

乳腺癌是全球女性发病率首位的恶性肿瘤，严重威胁我国女性生命健康。近年来，尽管乳腺癌的诊断及治疗方法取得了诸多突破，但仍有三分之一以上患者出现疾病进展，导致预后不佳。因此，深入研究乳腺癌的增殖、侵袭和转移的分子机制，仍然是进一步改善乳腺癌患者预后的根本途径。长非编码RNA（Long noncoding RNAs，LncRNAs）是一类在人类基因组中广泛表达且缺乏开放阅读框的RNA。LncRNAs 可以通过与下游靶基因竞争性结合同种 miRNA（competing endogenous RNA, ceRNA）等机制，调节转录和表达从而发挥抑癌或促癌功能。对LncRNAs的深入研究将有助于发现乳腺癌治疗的新兴治疗靶点，为减少我国乳腺癌疾病负担做出贡献。在本项目的研究中，我们首先应用了机器学习的方法，运用随机森林模型广泛地筛选了对乳腺癌预后产生影响的LncRNA PCAT19是特征重要性（feature importance）位于前10%的LncRNA，且在癌症样本中表达降低且提示预后较好。运用GSEA等生物信息学富集分析方法，我们发现PCAT19相关靶基因在多条癌症相关通路富集。为了在细胞水平上验证PCAT19的功能，我们建立了敲低PCAT19的乳腺癌细胞系，在MTT细胞增殖实验中，我们观察到PCAT19的表达降低导致癌症细胞增殖能力增强。然而，在侵袭转移相关功能学实验中，PCAT19低表达并未产生明显影响。在小鼠移植瘤模型中，过表达PCAT19显著抑制了肿瘤的增长。综上，我们证明了PCAT19主要通过限制肿瘤增殖发挥抑癌效应。为了探究PCAT19在实际临床队列中的表达情况，我们收集了151例乳腺癌样本以及45例正常乳腺组织样本；其中，PCAT19在临床分期较早的样本中高表达，且与T分期，N分期呈负相关。在多变量Cox回归中，PCAT19高表达是乳腺癌的独立保护因素。本项目研究首次明确了LncRNA PCAT19 对乳腺癌细胞增殖、侵袭、转移等生物学行为的影响，PCAT19可能为乳腺癌治疗的一个潜在靶点，对PCAT19以及其下游机制的进一步深入研究有可能揭示调控乳腺癌发生发展的全新机制。