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目的:代谢重编程被认为是肿瘤的一种基本特征,越来越多的证据显示多种肿瘤依赖谷氨酰胺代谢,为快速增殖的肿瘤细胞提供代谢能量,为核苷酸、氨基酸、脂肪酸合成等物质代谢提供碳源和氮源,为维持细胞活性氧(ROS)平衡稳定提供还原性产物。小分子抑制剂CB-839 作用于谷氨酰胺代谢的关键酶——肾型谷氨酰胺酶(GLS1),从而发挥抗肿瘤作用。已有多篇文献报道谷氨酰胺酶抑制剂对多种实体瘤有抑制作用。本文旨在探讨GLS1与乳腺癌类型和预后的相关性,研究GLS1抑制剂在乳腺癌中的适用类型和抑制作用,寻找合理配伍药物以增强抗肿瘤疗效并探索潜在机制。
方法:(1)本研究采用组织芯片免疫组化染色的方法检测221例乳腺癌患者中GLS1的表达情况,探索了GLS1与各临床特征的关系,分析了GLS1的表达与患者生存预后的关系。(2)在体外实验中利用Western Blot 和ChIP-seq研究MYC与GLS1的相关性和调控机制。(3)剥夺实验研究乳腺癌细胞系对谷氨酰胺代谢的依赖性。(4)细胞毒性实验研究GLS1抑制剂CB-839对乳腺癌细胞的抑制作用。(5)基于LC-MS的同位素标记代谢组学研究CB-839对裸鼠皮下移植瘤代谢的影响。(6)细胞毒实验和克隆形成实验评估 CB-839 与卡铂联合用药的协同作用。(7)DNA 纤维染色检测CB-839与卡铂联合用药对DNA复制的抑制作用。(8)通过流式细胞术检测CB-839与卡铂联合用药诱导的细胞周期阻滞。(9)构建裸鼠皮下移植瘤模型,在体研究CB-839与卡铂联合用药的协同抗肿瘤作用,在瘤体组织内进一步验证分子机制。
结果:(1)本实验发现三阴乳腺癌组织中GLS1较其他分型乳腺癌组织高表达。GLS1高表达的患者总生存期明显短于GLS1低表达患者。(2)体外实验证实GLS1在三阴乳腺癌细胞系中高表达,并且与 MYC 的表达量呈正相关。MYC 蛋白可直接结合到GLS的启动子区域,直接调控GLS的表达。(3)体外剥夺实验证明三阴乳腺癌依赖谷氨酰胺代谢,使用CB-839有抑制肿瘤效果。(4)体内实验证实短期口服给药CB-839可抑制谷氨酰胺转化为谷氨酸,减少进入TCA循环的α-酮戊二酸和下级各代谢产物,同时抑制羧化还原反应干扰脂肪酸合成。(5)谷氨酰胺酶抑制剂与卡铂联用对 GLS高表达细胞系有协同抗肿瘤作用。(6)证实CB-839与卡铂联合用药通过减少还原性谷胱甘肽,促进氧化应激,增强DNA损伤,抑制DNA复制,引发G1期阻滞等机制产生抗肿瘤效应。(7)体内实验验证 CB-839 和卡铂联合用药促进 DNA 损伤,抑制细胞增殖,抑制瘤体生长,提升小鼠存活时间。
结论:GLS1的高表达与临床预后相关。三阴乳腺癌中GLS1表达量显著高于其他乳腺癌类型,对GLS1抑制剂CB-839敏感。CB-839作用于谷氨酰胺代谢,抑制谷氨酰胺介导的 TCA 循环和还原羧化代谢,减少各级代谢产物的合成,与卡铂联合用药通过促进细胞细胞氧化应激,增强 DNA 损伤,抑制 DNA 复制,引发周期阻滞等机制协同增强抗肿瘤效应。综述所述,我们认为 GLS 抑制剂与卡铂联合用药有望成为三阴乳腺癌的有效治疗方案。
方法:(1)本研究采用组织芯片免疫组化染色的方法检测221例乳腺癌患者中GLS1的表达情况,探索了GLS1与各临床特征的关系,分析了GLS1的表达与患者生存预后的关系。(2)在体外实验中利用Western Blot 和ChIP-seq研究MYC与GLS1的相关性和调控机制。(3)剥夺实验研究乳腺癌细胞系对谷氨酰胺代谢的依赖性。(4)细胞毒性实验研究GLS1抑制剂CB-839对乳腺癌细胞的抑制作用。(5)基于LC-MS的同位素标记代谢组学研究CB-839对裸鼠皮下移植瘤代谢的影响。(6)细胞毒实验和克隆形成实验评估 CB-839 与卡铂联合用药的协同作用。(7)DNA 纤维染色检测CB-839与卡铂联合用药对DNA复制的抑制作用。(8)通过流式细胞术检测CB-839与卡铂联合用药诱导的细胞周期阻滞。(9)构建裸鼠皮下移植瘤模型,在体研究CB-839与卡铂联合用药的协同抗肿瘤作用,在瘤体组织内进一步验证分子机制。
结果:(1)本实验发现三阴乳腺癌组织中GLS1较其他分型乳腺癌组织高表达。GLS1高表达的患者总生存期明显短于GLS1低表达患者。(2)体外实验证实GLS1在三阴乳腺癌细胞系中高表达,并且与 MYC 的表达量呈正相关。MYC 蛋白可直接结合到GLS的启动子区域,直接调控GLS的表达。(3)体外剥夺实验证明三阴乳腺癌依赖谷氨酰胺代谢,使用CB-839有抑制肿瘤效果。(4)体内实验证实短期口服给药CB-839可抑制谷氨酰胺转化为谷氨酸,减少进入TCA循环的α-酮戊二酸和下级各代谢产物,同时抑制羧化还原反应干扰脂肪酸合成。(5)谷氨酰胺酶抑制剂与卡铂联用对 GLS高表达细胞系有协同抗肿瘤作用。(6)证实CB-839与卡铂联合用药通过减少还原性谷胱甘肽,促进氧化应激,增强DNA损伤,抑制DNA复制,引发G1期阻滞等机制产生抗肿瘤效应。(7)体内实验验证 CB-839 和卡铂联合用药促进 DNA 损伤,抑制细胞增殖,抑制瘤体生长,提升小鼠存活时间。
结论:GLS1的高表达与临床预后相关。三阴乳腺癌中GLS1表达量显著高于其他乳腺癌类型,对GLS1抑制剂CB-839敏感。CB-839作用于谷氨酰胺代谢,抑制谷氨酰胺介导的 TCA 循环和还原羧化代谢,减少各级代谢产物的合成,与卡铂联合用药通过促进细胞细胞氧化应激,增强 DNA 损伤,抑制 DNA 复制,引发周期阻滞等机制协同增强抗肿瘤效应。综述所述,我们认为 GLS 抑制剂与卡铂联合用药有望成为三阴乳腺癌的有效治疗方案。