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

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

2、制幫助腫瘤細胞存活。腫瘤細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胞在裸鼠上的成瘤性。
　　 另外,我們前期的預(yù)實驗表明當(dāng)葡萄糖完全消耗之后,如果沒有外源乳酸的加入,超過90％的細胞就會在1天內(nèi)死亡,而添加20mM的外源乳酸之后,90％的

3、細胞會在10天內(nèi)死亡。對照細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)來拯救腫瘤細胞的。乳酸也可以顯著地延長在葡萄糖缺乏情況下的其它腫瘤細胞(人乳腺癌細胞株Bcap37,人大腸癌細胞株RKO,人胃癌細胞株SGC7901)的存活時間。我們認為乳酸酸環(huán)境在腫瘤細胞適應(yīng)葡萄糖缺乏中起著重要的

4、作用。
　　 實驗方法及結(jié)果：
　　 鼠源乳腺癌細胞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)時間分別為第0,1,3,4,5,7,9,11天的細胞,并提取RNA,與Affymetrix Mouse Gene1.0ST芯片進行雜交。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使腫瘤細胞阻滯在G0／G1期,使細胞處于相對靜止狀態(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),說明細胞主動適應(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,高濃度乳酸使細胞啟動自噬程序。細胞自噬是細胞在營養(yǎng)缺乏時的自我保護機制,通過分解和重新利用細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)細胞內(nèi)吞,使得細胞獲得必要的營養(yǎng)以維持基礎(chǔ)代謝；第六,葡萄糖耗竭后,高濃度乳酸抑制細胞凋亡；第七,葡萄糖耗竭后,高濃