SIRT1蛋白O-GlcNAc糖基化修饰在肝细胞癌糖脂代谢调控中的功能和机制研究

Altering energy metabolism to meet the uncontrolled proliferation and metastasis has emerged as one of the most significant hallmarks in tumors. However, the detailed molecular mechanisms and regulatory actions underlying have not been fully elucidated. As a NAD+ dependent protein modifying enzyme, SIRT1 has catalytic functions such as deacetylase and mono-ADP-ribosyl transferase. SIRT1 plays an important role regulating cell metabolism, cell stress regulation and cell protection. Our results indicate that genotoxic, oxidative, and metabolic stress stimuli enhance the O-GlcNAcylation and activity of SIRT1. We infer that O-GlcNAcylation of SIRT1 protein is a molecular switch that regulates metabolic reprogramming under cellular stress, and thus plays an important role in the occurrence and development of hepatocellular carcinoma, and may become a new target of anti-tumor drugs, which has important theoretical significance and clear application prospect.

改变细胞代谢以满足不受控制的增殖和转移已成为恶性肿瘤最显著的特征之一。SIRT1是一种NAD+依赖的蛋白修饰酶，具有去乙酰化酶、单核苷转移酶等催化功能。在多种组织细胞中，SIRT1在调节细胞代谢、细胞压力应激调控和细胞保护方面发挥着重要作用。研究结果表明，基因毒性、氧化和代谢应激压力增强了SIRT1的丝氨酸549位的O-GlcNAcylation修饰和脱乙酶化酶活性。本项目构建SIRT1-549位点特异性突变(Sirt1-S549A)的肝癌细胞系，研究SIRT1的O-GlcNAc修饰在压力应激状态下对糖脂代谢相关酶类基因的转录调控，推断SIRT1蛋白的O-GlcNAc是一个分子开关，调控肝脏细胞在细胞压力应激状态时的代谢重编程，从而在肝细胞癌的发生和发展过程中扮演着一个重要的角色，并可能成为抗肿瘤药物的新目标，具有重要的理论意义和明显的应用前景。

肝细胞癌（HCC）是最常见的肝癌形式，与代谢综合症或糖尿病有关的非酒精性脂肪肝（NAFLD）和非酒精性脂肪性肝炎（NASH）正成为更常见的风险因素。SIRT1在肝细胞的糖类和脂类代谢中发挥重要调控作用，研究发现O-GlcNAc修饰与新型酰化修饰-乳酸化修饰（Lactylation）相互影响且与SIRT1功能相关，通过蛋白质乳酸化组学分析，首次发现人肝癌细胞中转移相关蛋白2（MTA2）508位赖氨酸和血小板型磷酸果糖激酶（PFKP）688位赖氨酸为乳酸化修饰位点，制备位点特异性乳酸化修饰抗体并使用肝癌组织样本分析。基于转录组单细胞测序（scRNA-seq），分析肝癌患者组织中不同细胞亚群之间物质代谢通路异质性，发现肿瘤组织和癌旁正常组织中的肝细胞亚群中糖类代谢和脂类代谢通路呈现相反的趋势，进一步确定恶性肝细胞亚群的预后关键基因并进行实验验证，细胞间通讯分析时发现糖基化修饰相关基因在恶性肝细胞和T/NK细胞、巨噬细胞和成纤维细胞之间的信号通路中富集，为研究肿瘤免疫微环境提供了思路，深入分析后开发一个基于糖基化修饰相关基因评分和免疫微环境评分的GLY/TIME肝癌病人分组模型，并首次发现内质网甘油脂合成的一个重要调控蛋白CHP1是肝癌患者良好预后的特征基因并且与免疫检查点相关基因呈正相关，此部分研究构建了一个新的肝癌病人预后分析模型可用于准确评估预后和免疫治疗，有利于建立HCC患者的个性化治疗方案。