PDSS2抑制原发性肝癌细胞生长及代谢调控机制研究

In previous study, we found that prenyl diphosphate synthase subunit 2 (PDSS2)enforced expression could inhibit the cell growth of melanoma cells. But the mechanism remains obscure.In the preliminary experiments we found that PDSS2 was down-regulated in primary hepatocellular carcinoma (HCC)tumor tissues compared with corresponding non-tumor tissues, and also the overall survival was worse than the patients with normal exprssion. PDSS2 enforced expression could inhibit the HCC tumor cell growth. Since PDSS2 is pivotal in CoQ10 synthesis and metabolism changes were observed in PDSS2 overexpressed cells, we proposed that PDSS2 is a driver gene which plays a very important role in HCC.Its function loss will cause the mitochondrial respiration to glycolysis transition and finally tumorigenesis. Our research will focus on three points:1)To analyze the clinial importance of PDSS2 down-regulation in HCC primary tumor tissues; 2)To study the function of PDSS2 in vivo and in vitro; 3)To study the mechanism of cell metabolism regulation by PDSS2, including mitochondrial respiration- glycolysis transition and many enzymes involved in the process.

前期研究中我们发现异戊烯二磷酸合成酶2（PDSS2）具有抑制黑色素瘤细胞生长的作用，但作用机制不明。预实验中我们发现该基因在原发性肝癌组织里表达下调，预后较表达正常者明显较差；过表达PDSS2显著抑制肝癌细胞生长。由于 PDSS2在CoQ10 合成中作用重要，而且预实验中我们观察到PDSS2导入引起细胞能量代谢方式改变。我们推测PDSS2是肝癌发生中的重要driver基因，该基因功能失活导致细胞发生从有氧氧化到糖酵解的代谢转变，最终导致细胞恶性增生。我们的研究将围绕：1. 扩大样本量，分析PDSS2在原发性肝癌样本中下调的临床意义；2. 从体内、体外进行PDSS2的抑癌功能实验研究；3. 进行PDSS2对细胞代谢调控机制研究：包括线粒体呼吸链- - 糖酵解转变以及这一转变所牵涉的众多功能酶变化等。最终实现对原发性肝癌发生、发展机制的深入探索和了解。

糖酵解增强是恶性肿瘤的典型代谢特征之一。即使在有氧条件下，恶性肿瘤细胞仍然选择糖酵解合成ATP，而不是氧化磷酸化，这一特殊现象也称之Warburg效应。目前，关于肿瘤细胞糖代谢重编程的调控机制还不是很清楚。辅酶Q10 (CoQ10)是线粒体呼吸链电子传递和抗氧化防御的必需物质。本项目，我们主要探究了CoQ10合成的关键因子prenyldiphosphate synthase subunit2 (PDSS2)在肝癌发生发展中的功能机制。首先，采用免疫组化方法检测164对肝癌组织和癌旁非肿瘤组织的PDSS2蛋白表达情况，发现PDSS2在57.32%的肿瘤组织中表达下调，并且PDSS2下调与患者不良预后密切相关（P=0.027）。同样我们检测了患者肝癌组织和癌旁非肿瘤组织的CoQ10水平，发现二者显著相关（R=0.414, P<0.001）。然后，将PDSS2导入肝癌细胞中可以显著抑制细胞生长。另外，平板克隆形成实验、软琼脂细胞克隆生成实验以及裸鼠皮下移植瘤实验表明将PDSS2导入肝癌细胞中后细胞克隆显著减少，克隆形成能力显著降低，裸鼠皮下成瘤能力也显著降低。我们发现，将PDSS2导入肝癌细胞以后，肝癌细胞的葡萄糖摄取减少，乳酸生成减少，氧消耗增多，PDH、IDH、MDH2增加，LDH减少，此外，线粒体有氧呼吸链上的Complex I 显著增多，Complex II 有所增多，这提示PDSS2导入导致细胞发生由糖酵解到线粒体呼吸链的转换。我们在MIHA（肝永生化细胞系）采用shRNA敲降PDSS2的表达，结果发现Complex I有所增加，LDH、PDH、IDH和MDH2有所降低，葡萄糖摄取增多，乳酸生成增多，氧消耗减少。提示PDSS2可以诱导肝癌细胞由线粒体呼吸到糖酵解的代谢转变。敲低PDSS2导致细胞生长加快，平板克隆形成能力增强。此外，敲低PDSS2后，MIHA的成瘤能力显著增强。微核试验和SKY分析表明敲低PDSS2引起ROS增加，并引起染色体不稳定发生。最后，我们还发现了PDSS2 的一个新的剪切异构体PDSS2-Del2可以促进肝癌细胞糖酵解及肿瘤生长。因此，本项目不仅阐明了PDSS2在肝癌细胞糖代谢重编程的调控机制，还发现缺失型的PDSS2-Del2在驱动肝癌发生发展上具有重要作用，为肝癌的靶向治疗提供了新的科学依据。