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研究背景乳腺癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一,也是女性癌症相关死亡的主要原因。线粒体作为代谢重编程的枢纽参与恶性肿瘤发生发展,与乳腺癌恶性进展、转移行为密切相关。线粒体苹果酸酶（malic enzymes,MEs）包括ME2和ME3两个亚型,通过将三羧酸（tricarboxylic acid,TCA）循环中间产物苹果酸催化为TCA循环碳源丙酮酸,参与调节TCA循环通量。同时,该反应伴随着辅因子NAD（P）+还原生成NAD（P）H,参与调节线粒体内的氧化还原稳态。线粒体MEs已被发现参与肺癌、胰腺癌、胶质瘤等多种恶性肿瘤的进展。然而,线粒体MEs异常表达对乳腺癌恶性生物学行为的影响尚不清楚。本研究旨在探讨线粒体ME2和ME3在乳腺癌中的表达及其作用机制,为靶向线粒体代谢途径治疗乳腺癌提供新的研究思路。研究方法免疫组织化学方法检测乳腺癌患者癌组织和癌旁组织中ME2和ME3的蛋白表达,并与临床转移、预后指标进行相关分析。利用小鼠原位乳腺癌模型探讨ME2对乳腺癌细胞体内生长、转移的影响。利用高转移乳腺癌细胞系4T1和MDA-MB-231,通过测定ME2对TCA循环中间产物浓度和细胞氧化还原稳态的影响,进一步深入探讨ME2在乳腺癌中的作用机制。研究结果第一部分:ME2通过稳定HIF-1α促进乳腺癌转移1.ME2在乳腺癌组织中高表达,且提示较差的生存在癌旁组织中ME2蛋白高表达占比33.3%,在癌组织中ME2蛋白高表达占比63.0%。ME2在癌组织中的表达明显增强。ME2高表达组患者的预后较差。2.ME2与乳腺癌转移行为密切相关ME2表达与淋巴结转移、病理分期进展和脉管癌栓阳性相关。在亚组分析中,ME2高表达对无淋巴结转移和阴性脉管癌栓亚组患者具有更明显的预后影响。在原位乳腺癌模型中,ME2基因敲除显著抑制小鼠乳腺癌肺转移。3.ME2通过稳定HIF-1α发挥作用与对照相比,在4T1 ME2基因敲除细胞形成的肿瘤中,TCA循环中间产物苹果酸、α酮戊二酸（α-ketoglutarate,α-KG）、柠檬酸浓度升高。同时,ME2敲除显著抑制肿瘤组织中缺氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor 1-α,HIF-1α）蛋白表达。在缺氧培养条件下,ME2敲除或敲低也显著抑制乳腺癌细胞中HIF-1α蛋白表达,同时伴随α-KG水平升高。ME2在人乳腺癌组织中与HIF-1α的阳性表达明显相关。以上结果提示ME2与HIF-1α密切相关,其可能通过稳定HIF-1α促进乳腺癌转移。4.ME2通过调节α-KG浓度稳定HIF-1α蛋白在体内和体外,ME2下调均抑制HIF-1α表达,同时伴随α-KG浓度升高。外源添加α-KG可以抑制低氧下HIF-1α的稳定。而随细胞进入缺氧培养时间延长,ME2敲除或敲低细胞中α-KG浓度逐渐升高,并维持在高于对照细胞的水平。ME2敲除或敲低引起的直接结果是苹果酸累积。同样,外源加入苹果酸的乳腺癌细胞也表现出类似ME2下调的效应,表现为随缺氧培养时间延长,α-KG浓度逐渐升高,并导致细胞内HIF-1α不稳定。同时,苹果酸治疗抑制小鼠乳腺癌肺转移。综上,缺氧条件下ME2通过介导苹果酸/α-KG/HIF-1α途径发挥作用。第二部分:ME3蛋白表达抑制乳腺癌变和进展1.ME3蛋白表达下降趋势与癌前病变向癌性病变的进展呈负相关ME3蛋白免疫染色阳性率在正常乳腺组织中最高,由正常（92.1%）至普通性增生（91.1%）、不典型增生（64.2%）、原位癌（62.5%）和浸润性癌（45.5%）呈逐步降低趋势。2.癌组织中ME3阳性表达率随肿瘤进展逐渐降低随T分期进展,ME3阳性表达率逐渐下降,在Tis期最高为75.0%,T1期62.5%,T2期37.5%,T3期33.3%。ME3蛋白阳性表达率在淋巴结转移阳性患者中明显低于淋巴结转移阴性患者。随病理TNM分期进展,ME3阳性表达率逐渐下降,0期为75.0%,I期为72.0%,下降至II期44.4%,III期24.1%。3.ME3蛋白表达与乳腺癌预后相关ME3阳性表达的乳腺癌患者预后较好,且ME3是影响预后的独立危险因素。结论1.ME2在乳腺癌组织中高表达,与乳腺癌转移密切相关,且提示患者不良预后。在缺氧条件下,ME2通过介导苹果酸/α-KG/HIF-1α途径促进乳腺癌转移。靶向ME2及调节其底物苹果酸含量有望成为控制乳腺癌转移的新靶点。2.ME3蛋白表达随癌前病变向癌变进展逐渐降低,且随癌组织病理分期进展而逐渐降低。提示ME3参与或伴随乳腺细胞癌变和乳腺癌进展过程。ME3是提示乳腺癌患者预后较好的一种潜在标志物。