腫瘤微環(huán)境因子乳酸在腫瘤細(xì)胞適應(yīng)葡萄糖缺乏機(jī)制的生物信息學(xué)研究.pdf

1、研究背景：
　　 實(shí)體腫瘤內(nèi)腫瘤細(xì)胞適應(yīng)葡萄糖缺乏對(duì)于腫瘤進(jìn)行性生長(zhǎng)是至關(guān)重要的,然而其機(jī)制尚未明確。實(shí)體腫瘤的生長(zhǎng)需要大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但實(shí)體腫瘤內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給是非常有限的,主要是因?yàn)槟[瘤新生血管的紊亂和毛細(xì)血管的無功能。持續(xù)或間斷的葡萄糖缺乏是實(shí)體腫瘤尤其是乏血供的實(shí)體腫瘤的一個(gè)特征。葡萄糖是腫瘤生長(zhǎng)所必需的。在體外,腫瘤細(xì)胞在葡萄糖缺乏條件下既不能生長(zhǎng)也不能存活。但實(shí)體腫瘤內(nèi)細(xì)胞忍受營(yíng)養(yǎng)缺乏的事實(shí)表明可能有某些未知的適應(yīng)機(jī)

2、制幫助腫瘤細(xì)胞存活。腫瘤細(xì)胞即使在有氧的情況下,仍主要通過糖酵解利用葡萄糖產(chǎn)生大量的乳酸,因此乳酸酸環(huán)境(乳酸根和氫質(zhì)子)是腫瘤微環(huán)境的共同特征之一。高含量乳酸與增加腫瘤轉(zhuǎn)移,差的無病生存率和總生存率有關(guān)。PKM1取代PKM2后導(dǎo)致的乳酸產(chǎn)生的減少降低了腫瘤細(xì)胞在裸鼠上的成瘤性。
　　 另外,我們前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)葡萄糖完全消耗之后,如果沒有外源乳酸的加入,超過90％的細(xì)胞就會(huì)在1天內(nèi)死亡,而添加20mM的外源乳酸之后,90％的

3、細(xì)胞會(huì)在10天內(nèi)死亡。對(duì)照細(xì)胞在葡萄糖沒有的情況下,4天內(nèi)就全死亡了,而在含有20mM乳酸的培養(yǎng)基中的4T1細(xì)胞甚至在65天后還有存活。在葡萄糖耗竭之后,乳酸幾乎沒有被細(xì)胞所消耗,這表明乳酸在葡萄糖缺乏情況下不是作為能源物質(zhì)來拯救腫瘤細(xì)胞的。乳酸也可以顯著地延長(zhǎng)在葡萄糖缺乏情況下的其它腫瘤細(xì)胞(人乳腺癌細(xì)胞株Bcap37,人大腸癌細(xì)胞株RKO,人胃癌細(xì)胞株SGC7901)的存活時(shí)間。我們認(rèn)為乳酸酸環(huán)境在腫瘤細(xì)胞適應(yīng)葡萄糖缺乏中起著重要的

4、作用。
　　 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果：
　　 鼠源乳腺癌細(xì)胞4T1培養(yǎng)在含3mM葡萄糖和20mM乳酸的RPMI-1640培養(yǎng)基中。收集培養(yǎng)時(shí)間分別為第0,1,3,4,5,7,9,11天的細(xì)胞,并提取RNA,與Affymetrix Mouse Gene1.0ST芯片進(jìn)行雜交。基因芯片分析結(jié)果表明,首先,葡萄糖缺乏后,乳酸通過土調(diào)p27和下調(diào)Skp2使腫瘤細(xì)胞阻滯在G0／G1期,使細(xì)胞處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)；第二,乳酸下調(diào)幾乎所有的合成代

5、謝,節(jié)約能量；第三,葡萄糖耗竭后,高濃度乳酸使細(xì)胞糖代謝酶下調(diào),而脂肪代謝比如β-氧化顯著上調(diào),說明細(xì)胞主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境將能量代謝從糖代謝轉(zhuǎn)換到脂肪分解代謝；第四,葡萄糖耗竭后,高濃度乳酸使細(xì)胞啟動(dòng)自噬程序。細(xì)胞自噬是細(xì)胞在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)的自我保護(hù)機(jī)制,通過分解和重新利用細(xì)胞的成分維持必要的代謝；第五,葡萄糖耗竭后,高濃度乳酸上調(diào)細(xì)胞內(nèi)吞,使得細(xì)胞獲得必要的營(yíng)養(yǎng)以維持基礎(chǔ)代謝；第六,葡萄糖耗竭后,高濃度乳酸抑制細(xì)胞凋亡；第七,葡萄糖耗竭后,高濃