肿瘤微环境诱导MCT1/MCT4表达调控脑胶质瘤代谢的研究

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肿瘤细胞即使在有氧条件下仍通过糖酵解为细胞供能,这一现象称为“Warburg效应”。由于肿瘤细胞的快速增殖需要摄取大量的葡萄糖供细胞所用,葡萄糖经酵解产生大量乳酸,因此肿瘤细胞中常伴有酸性的微环境。脑组织由于以葡萄糖的利用为主,同时存在血脑屏障,肿瘤细胞的快速增殖导致其形成一个缺氧、酸性和营养缺乏的微环境。研究发现肿瘤细胞中的乳酸可以通过单羧酸转运蛋白MCT1/MCT4的转运而被周围细胞重新利用,这一现象被称为代谢共生。但脑胶质瘤的微环境是否诱导MCT1/MCT4的表达?MCT1/MCT4在胶质瘤增殖中的作用及其调控机制并不清楚,研究这一问题对脑胶质瘤的发生机制和临床治疗有重要的意义。本研究以脑胶质瘤细胞T98G和U251为研究材料,研究葡萄糖不足和乳酸培养条件对胶质瘤细胞的生长和乳酸代谢途径的影响。研究发现低糖培养条件抑制胶质瘤细胞生长,乳酸培养条件可促进脑胶质瘤细胞生长,ATP维持较高水平。在葡萄糖不足且乳酸存在的条件下乳酸促进细胞增殖和维持细胞能量水平的效果更为明显。表明脑胶质瘤细胞可利用乳酸为能源维持细胞增殖生长。检测不同培养条件下细胞乳酸代谢相关蛋白的表达发现脑胶质瘤细胞在乳酸培养条件下MCT1、MCT4和HIF-1α表达量均明显增加;而在低糖培养基中MCT1、MCT4及GLUT1表达均下降。表明乳酸能诱导MCT1/MCT4表达增加,促进脑胶质瘤内乳酸的转运和利用增强,氧化磷酸化途径也随之加强。抑制MCT1的表达后脑胶质瘤细胞的生长受抑制,ATP水平下降,细胞氧化磷酸化相关蛋白(HIF-11a、ND1)表达下调。我们用MCT1的抑制剂7ACC2处理细胞也得到了相似的结果。同时我们构建了T98G细胞的体外裸鼠成瘤模型,经抑制剂7ACC2处理后肿瘤体积、大小都明显小于对照,肿瘤组织中MCT1、MCT4的表达明显下调,NDUFA9、ND1的表达也随之下降,表明MCT1/MCT4的下调能有效阻断乳酸的转运,抑制肿瘤的生长。可见MCT1在胶质瘤细胞增殖中起重要作用。在脑胶质瘤临床样本中我们也检测到脑胶质瘤组织中HIF-1α、MCT4、MCT1和LDH表达量均显著高于癌旁组织,脑胶质瘤核心区域与癌旁区域存在典型的代谢共生现象。肿瘤数据库的信息学分析也显示HIF-1α MCT4和MCT1的高表达与患者的不良预后有关,且HIF-1α的表达与MCT4、MCT1和MYC的表达呈正相关。以上研究结果显示乳酸代谢广泛存在于脑胶质瘤中,MCT1/MCT4在促进肿瘤组织不同区域间乳酸的转运和再利用途径中起重要的作用,有望作为一个脑胶质瘤临床治疗的靶分子。同时提示酸性和低糖微环境可能诱导HIF-1 a调控MCT1的表达促进肿瘤细胞增殖。本研究为进一步探讨脑肿瘤中乳酸代谢的分子机制奠定基础,同时为脑胶质瘤的临床治疗策略的制定提供新的思路。
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