乳酸脱氢酶 5（LDH-5）介导的肿瘤代谢异常在化疗药物耐药中的机制研究

Tumor cell metabolism is the hot research topic in the field of tumor biology and treatment studies. Unlike normal cells, tumor cells generate energy mainly through glycolysis from glucose, even under aerobic conditions，that is "Warburg"effect. Recent studies found that the tumor metabolic microenvironment is closely related with the chemotherapy drug resistance. Our previous study had found the rate-limiting enzyme in glycolysis in cancer cells that lactate dehydrogenase 5 has significant correlation with the drug resistance to standard chemotherapy in oral squamous carcinoma cell; further study found that interference of LDH-5 expression can significantly increase the sensitivity of tumor cells to three different mechanisms of chemotherapy drugs, suggesting that LDH-5 may mediate a common molecular mechanisms to chemotherapy resistance. The project is based on LDH-5, through the establishment of the drugs induced resistant cell lines and stable expression of LDH-5 cellular models, to study the role of LDH-5 to the sensitivity of cells to chemotherapeutic drugs,and further exploration of the role of LDH-5 mediated molecular mechanisms in drug resistance; Based on these studies,using directional design strategies, and combined with the advantages of national resource of compound libraries, to carry out the discovery of LDH-5 inhibitors.

肿瘤代谢是目前肿瘤生物学与治疗学研究领域的前沿热点。不同于正常细胞，肿瘤细胞即使在有氧条件下，也主要通过糖酵解方式分解葡萄糖获能，即"Warburg"效应。新近研究发现肿瘤代谢微环境与化疗药物耐药产生存在关联。我们前期研究发现，肿瘤糖酵解代谢的重要限速酶即乳酸脱氢酶5高表达与口腔鳞癌标准化疗方案的耐药存在显著相关性；进一步研究发现干扰LDH-5表达可显著增加肿瘤细胞对三种不同作用机制的化疗药物的敏感性，提示LDH-5可能通过共性分子机制介导化疗药物耐药产生。本课题拟以LDH-5为切入点，通过建立化疗药物诱导的耐药细胞株及稳定过表达LDH-5的细胞模型，探究LDH-5对化疗药物敏感性差异的影响，挖掘LDH-5介导的化疗药物耐药分子机制；在此基础上，利用定向设计策略、结合国家化合物库资源优势，开展靶向LDH5的抑制剂发现研究。

本项目开展乳酸脱氢酶LDH在肿瘤化疗耐药中的机制研究，肿瘤代谢异常与肿瘤细胞的增殖及凋亡抵抗密切相关。在我们的前期工作中，发现LDH-5（LDHA）与口腔鳞癌的预后密切相关，且与化疗方案（5-Fu，顺铂、紫杉醇三联疗法）的敏感性密切相关，但其是否存在因果关系并不清楚，并且何种化疗药物与LDH相关及机制并不清楚，也无良好的抗肿瘤代谢抑制剂。.我们开展了以下研究内容：1、LDHA和LDHB两个亚型在口腔鳞癌样本中的表达，与化疗方案的敏感性相关分析；2、观察LDHA和LDHB在口腔鳞癌细胞株中的表达及与每种化疗药物的敏感性相关分析；3、LDH影响化疗药物敏感性的机制探索；4、抑制剂的开发。我们通过临床口腔鳞癌样本的免疫组化分析发现LDHA和LDHB与病人的预后存在显著的负相关，并且均与化疗方案的敏感性相关。再对口腔鳞癌细胞株的LDHA和LDHB表达进行分析，发现LDHA在各个细胞株中都表达较高，细胞株之间无显著差异，令人意外的是LDHB在各个细胞株中差异表达，而且这种差异表达与紫杉醇的敏感性相关，即细胞株中LDHB表达越高，其对紫杉醇的敏感性越低，而与5-Fu及顺铂的敏感性无关；LDHA的表达与三种化合物均无相关性，以上结果说明LDHB通过影响紫杉醇的作用而产生对化疗方案的差异反应。因此我们对LDHB的作用机制进入深入研究，在高表达LDHB的HN12和KB细胞中干扰LDHB后，可显著增加其对紫杉醇的增殖抑制作用，促进G2/M期阻滞及线粒体凋亡通路；在低表达LDHB的HN30细胞中，转入LDHB可减少紫杉醇对HN30细胞的增殖抑制及凋亡诱导作用。干扰LDHB可促进紫杉醇降低细胞产酸率、氧耗及ATP产量，在一定程度上抑制了细胞的能量代谢过程。另外，由于目前没有较好LDHB抑制剂的先导化合物及初筛未获得活性化合物，我们调整为另一个有前景的肿瘤代谢靶点丙酮酸脱氢酶激酶（PDHK1），结果发现了一个共价修饰PDHK1上的半胱氨酸残基的新型抑制剂JX06，为靶向PDHK1提供了新的方向。.本项目研究的科学意义在于发现了LDHB与口腔鳞癌诱导化疗的敏感性相关，且与紫杉醇的作用有关，有望作为一个用药的生物标志物。从机制上，我们发现了LDHB影响了紫杉醇的增殖抑制及诱导线粒体凋亡通路。另外，我们发现了靶点PDHK1新作用模式的抑制剂，为今后开发靶向PDHK1的药物开发提供研究基础。