mTOR通过上调PKM2促进肿瘤细胞有氧糖酵解

论文摘要

正常细胞在氧气存在的情况下通过糖的有氧氧化来获得能量,只有在缺氧时才发生糖酵解。而肿瘤细胞无论氧气存在与否都主要依赖糖酵解方式进行代谢,消耗大量葡萄糖并伴有乳酸的产生,这一现象称为有氧糖酵解,此现象是在上世纪20年代由德国生物学家Otto Warburg发现的,因此也称为Warburg效应。肿瘤的这种异常代谢方式被认为是肿瘤细胞的特征之一。然而,肿瘤细胞为什么会发生糖酵解,什么时候以及怎样发生这种现象,仍有待于进一步研究。丙酮酸激酶（PK）是催化糖酵解最后一步反应的关键酶,它将底物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）分解成为丙酮酸。丙酮酸激酶同工酶是在肿瘤中最容易发生改变的糖酵解关键酶之一。在细胞中共存在4种丙酮酸激酶同工酶,其中丙酮酸激酶M2（PKM2）主要表达于胚胎组织和增殖的细胞,尤其是肿瘤细胞中,对于肿瘤的生长有重要作用,然而其发生和作用的机制并不是很清楚。膜受体酪氨酸激酶（RTKs）-PI3K/AKT- mTOR信号通路在控制细胞的生长、增殖、存活、营养和能量代谢等生命过程中起着重要作用。该通路中的原癌基因如RTKs、PI3K、AKT等的异常激活以及抑癌基因如PTEN和TSC1/TSC2的异常失活都将导致mTOR信号通路的过度活化而引发很多疾病,尤其是肿瘤的发生。虽然这条通路是肿瘤细胞中最容易发生异常改变的信号转导通路之一,但mTOR活化导致肿瘤发生的具体机制至今仍不甚清楚。本研究探讨了mTOR信号通路在肿瘤代谢和发生发展中的作用。我们的研究发现,在常氧状态下,mTOR通过上调PKM2诱导Warburg效应的发生；Warburg效应的上调存在于mTOR高度活化的原代早衰细胞、永生化细胞系和恶性转化的细胞中；PKM2在Tsc2缺失的小鼠肾脏肿瘤组织中高表达,在Rapamycin处理的人肿瘤细胞系中表达下降,表明其表达依赖于mTOR的活性；过度活化的mTOR通过HIFla介导的PKM基因转录以及c-Myc-hnRNPs所介导的PKM前体mRNA的选择性剪切来促进PKM2的表达；敲低PKM2可降低mTOR活化细胞的成痈能力；与野生型细胞相比,mTOR活化细胞对Rapamycin或糖酵解抑制剂3-BrPA（3-溴丙酮酸）更为敏感;联合应用Rapamycin和3-BrPA可协同抑制mTOR活化细胞的体外增殖和体内成瘤能力。综上所述,我们的研究表明,细胞突破早衰防线而永生化和恶性转化可能不需要Warburg效应的参与,肿瘤组织经常存在的mTOR信号通路异常活化则可能是肿瘤细胞出现Warburg效应的主要原因之一。mTOR/HIF1α/Myc-hnRNPs/PKM2信号级联中的重要分子可成为RTK/PI3K/AKT/mTOR信号通路过度活化所致肿瘤的新的治疗靶点。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 前言
• 一.Warburg效应
• 二.mTOR信号通路
• 实验材料和方法
• 一.实验材料
• 二.实验方法
• 实验结果
• 一.mTOR信号通路上调Warburg效应
• 二.mTOR上调丙酮酸激酶M2（PKM2）的表达
• 三.敲低PKM2可降低mTOR活化细胞的糖酵解水平
• 四.mTOR通过HIF1α和c-Myc上调PKM2的表达
• 五.应用mTOR抑制剂Rapamycin、糖酵解抑制剂3-BrPA或敲低PKM2表达水平可显著降低mTOR活化细胞的增殖和成瘤能力
• 讨论
• 结论
• 文献综述
• 参考文献
• 附录
• Ⅰ 英文缩略语
• Ⅱ 博士期间发表文章和参加会议
• 致谢