二甲双胍通过激活AMPK调控EZH2/H3K27三甲基化路径影响上皮性卵巢癌侵袭转移的机制研究

The enhancer of zeste homolog 2 (EZH2), which acts as a histone methyltransferase for lysine 27 of histone H3 contributes to epigenetic silencing of target chromatin and plays a pivotal role in the progression of several solid tumor.Our early studies and foreign researchers all showed that EZH2/H3K27 pathway are associated with progression and metastasis of ovarian cancer, but how to regulate EZH2/H3K27 pathway is still not fully understood. Our recently studies indicate that Metformin can effectively reduce H3K27 trimethylation in ovarian cancer, and affect the expression of downstream factors. Because metformin can activate AMPK and EZH2 may be a substrate of AMPK, we assume that Metformin can make EZH2 311th threonine phosphorylation  via activation of AMPK, affecting the formation of EZH2 protein complex, which prevented H3K27 trimethylation, relieve the inhibition of EZH2/H3K27 downstream tumor suppressor, and affect the invasion and metastasis of epithelial ovarian cancer. In this study, we will investigate the role of metformin to suppress invasion and metastasis of epithelial ovarian cancer by regulating EZH2/H3K27 pathway via activation of AMPK In the tissues, cells and animal level. Our results will indicate that metformin is a potential therapeutic medicine as a methyltransferase inhibitor for treatment of epithelial ovarian cancer.

EZH2 将组蛋白H3 上第27 位赖氨酸残基甲基化而改变染色质构象，抑制相关基因转录，促进肿瘤进展。我们和他人的研究均提示EZH2/H3K27三甲基化路径在卵巢癌的侵袭转移中发挥重要作用。如何调控EZH2/H3K27三甲基化是亟待研究的方向。我们前期研究发现，二甲双胍能有效降低卵巢癌中H3K27三甲基化，并使得EZH2磷酸化。由于二甲双胍能够活化AMPK，EZH2可能是AMPK作用底物，我们设想二甲双胍通过激活AMPK与EZH2结合，使得EZH2第311位苏氨酸被磷酸化，影响了EZH2蛋白复合物的形成，使得H3K27无法三甲基化，解除了对下游抑癌因子的抑制，影响卵巢癌的侵袭转移。我们将在组织、细胞和动物水平研究二甲双胍通过激活AMPK调控EZH2/H3K27三甲基化路径的机制；本项目将为二甲双胍“老药新用”，做为EZH2甲基化转移酶抑制药物，用于卵巢癌的临床治疗提供理论基础和新思路。

本课题的重点是明确二甲双胍的对卵巢癌恶性进展的影响，探讨二甲双胍是否通过抑制H3K27me3水平发挥抗卵巢癌效果，以及通过何种途径抑制H3K27me3水平。由于目前针对二甲双胍抗肿瘤效果的研究主要集中在患有糖尿病的肿瘤患者，而高葡萄糖浓度抑制AMPK的激活，因此，我们设计了正常糖浓度和高糖浓度组，同时研究正常糖浓度时二甲双胍的抗肿瘤效果；我们观察发现，二甲双胍能够抑制卵巢癌细胞的增殖和迁移，促进其凋亡；且与高葡萄糖浓度组相比，正常葡萄糖浓度条件下二甲双胍对卵巢癌的抑制更加明显。以上结果说明二甲双胍能够有效的抑制卵巢癌的恶性进展，且降低葡萄糖浓度增强二甲双胍对卵巢癌的抑制。重要的是，二甲双胍抑制卵巢癌细胞H3K27me3的蛋白、PRC2的mRNA和蛋白水平，且通过转染携带EHZ2 DNA慢病毒载体上调H3K27me3水平能够有效的逆转二甲双胍引起的抗卵巢癌效果，说明PRC2介导的H3K27me3在二甲双胍的抗肿瘤效果中发挥重要作用。同时，我们通过另外一种AMPK激活剂2-DG干预卵巢癌，发现其对PRC2和H3K27me3水平的抑制与二甲双胍类似；而使用AMPK抑制剂Compound C抑制二甲双胍对AMPK的激活后，二甲双胍对PRC2和H3K27me3水平的抑制得到缓解。这些结果提示二甲双胍通过AMPK途径降低H3K27me3水平。.在这里，我们为支持二甲双胍在卵巢癌中的抗肿瘤作用提供了体外研究证据，并且报道了二甲双胍可以通过激活AMPK抑制H3K27me3水平，这揭示了二甲双胍作为抗肿瘤药物的潜在机制的。我们的研究结果表明，激活AMPK抑制PRC2 / EZH2，表明AMPK激活剂二甲双胍、2-DG等可能有希望作为靶向EZH2抗癌治疗药物的增敏剂。同时，我们的研究结果表明，二甲双胍在卵巢癌细胞中的抗肿瘤作用可能部分归因于二甲双胍介导的AMPK激活以及随之而来的H3K27me3水平降低，尤其是在正常葡萄糖浓度条件下，表明二甲双胍可能是一种针对PRC2的表观遗传调节因子，并支持使用二甲双胍治疗无糖尿病的上皮性卵巢癌患者。