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神经母细胞瘤是一种发生于人体交感神经系统的神经内分泌肿瘤,具有多种遗传学改变。其中,MYCN基因(编码转录因子N-MYC蛋白)扩增见于约20%的患者,是最突出的预后不良因素之一,尤其是在高危型神经母细胞瘤患者中,与预后不良密切相关。同时,N-MYC被认为是“无药可靶向”的蛋白质,干预方式十分有限。因此,从遗传学和表观遗传学角度寻找MYCN基因表达的上游调控因子,探索全新的靶向高危型神经母细胞瘤MYCN基因扩增的治疗策略,具有重要的临床意义。细胞代谢重编程在肿瘤发生和进展中扮演非常重要的角色,细胞内外代谢产物可显著影响肿瘤表观遗传组学和转录组学表型。其中,谷氨酰胺-谷氨酸代谢失控已被证实对于肿瘤的发生和进展具有重要作用,可引起癌基因异常激活和抑癌基因失活,进一步导致肿瘤细胞的谷氨酰胺-谷氨酸代谢水平增高。值得一提的是,乙醛脱氢酶家族18成员A1(Aldehyde dehydrogenase family 18 member A1,ALDH18A1)是谷氨酸合成脯氨酸的关键酶,可催化谷氨酸磷酸化和进一步还原为吡咯啉-5-羧酸(pyrroline-5-carboxylate,P5C),在谷氨酸代谢中发挥重要作用。近有研究发现,ALDH18A1可通过影响脯氨酸生物合成而调控黑色素瘤细胞增殖。然而,ALDH18A1在神经母细胞瘤中扮演的角色尚不清楚,尤其是在MYCN扩增型神经母细胞瘤发生、演进中的作用和机制,有待探索。本研究发现,ALDH18A1高表达是神经母细胞瘤,特别是MYCN扩增型患者的预后不良因素;生物信息学分析和功能研究表明,ALDH18A1可调控神经母细胞瘤细胞的增殖活性、自我更新和体内成瘤能力;机制研究发现,ALDH18A1可在转录和转录后水平调控MYCN基因表达;N-MYC则反过来促进ALDH18A1基因转录。进而,两者之间形成一个正反馈环路,调控神经母细胞瘤的自我更新。本研究的主要结果如下:1.对神经母细胞瘤患者的基因表达谱进行算法分析,得到一组包含6个基因的与预后显著相关的基因集。其中,ALDH18A1的表达水平与MYCN基因扩增以及神经母细胞瘤临床病理参数密切相关。2.基于Cox比例风险回归模型的多因素生存分析发现,ALDH18A1为神经母细胞瘤潜在的癌基因,其高表达可作为神经母细胞瘤,尤其是MYCN扩增型患者的预后不良标志和危险因素之一。3.ALDH18A1可显著影响神经母细胞瘤细胞增殖、自我更新和体内成瘤能力。其高表达或许是MYCN扩增型神经母细胞瘤恶性程度高的原因之一。4.ALDH18A1可在mRNA和蛋白水平正向调控神经母细胞瘤MYCN基因表达。一方面,ALDH18A1通过miR-29b/SP1环路促进MYCN 5’启动子活性,继而在转录水平调控MYCN基因表达;另一方面,ALDH18A1下调诱导miR-193a、miR-29a以及miR-29b表达升高,从而引起MYCN表达下调,表明miRNAs复杂调控网络介导了ALDH18A1对MYCN蛋白翻译的抑制作用。5.N-MYC直接结合于ALDH18A1启动子区域,激活ALDH18A1基因转录。本文的主要结论包括:1.ALDH18A1可作为神经母细胞瘤,尤其是MYCN扩增型患者的预后不良因素。2.ALDH18A1-MYCN正反馈环路调控神经母细胞瘤细胞增殖、自我更新和体内成瘤能力。3.ALDH18A1可能成为MYCN扩增型神经母细胞瘤潜在的治疗靶点。综上,本研究发现了ALDH18A1在MYCN扩增型神经母细胞瘤患者中的预后预测意义,以及ALDH18A1-MYCN正反馈环路在调控神经母细胞瘤细胞自我更新中的作用。干预ALDH18A1-MYCN正反馈环路,或许可绕开直接靶向N-MYC蛋白所面临的技术挑战,为治疗MYCN扩增型神经母细胞瘤提供了新的理论与实验依据。