DDR1对结直肠癌疾病演进的影响及对能量代谢重编程的作用分子机制研究

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背景:结直肠癌是最常见的消化系统恶性实体肿瘤之一,严重影响着人们的身体健康。临床研究和实践已经观察到,由慢性肠炎发展到腺瘤,进而再进展到腺癌的现象。这种由正常细胞演进到癌细胞的过程必然伴有多种基因的表达变化和细胞代谢通路的改变。既往的研究显示:盘状结构域受体1(Discoidin Domain Receptor1,DDR1)是新型的受体型蛋白酪氨酸激酶家族成员之一,其在调节细胞增殖、代谢、迁移等生物学行为中发挥着重要的作用。目的:本研究旨在揭示DDR1与结直肠癌的细胞分级、临床分期的关系,并在细胞学水平、动物实验层面探究DDR1影响肿瘤细胞能量代谢编程、能量代谢关键酶的分子机制,以期为结直肠癌的靶向治疗奠定基础。方法:本研究共收集126例结直肠癌患者的临床特征资料及组织标本,应用免疫组织化学方法检测其癌及癌旁组织中DDR1蛋白的表达,并计算表达评分。利用CRISPR/Cas9技术构建DDR1基因敲除小鼠。通过偶氮氧甲烷序贯葡聚糖硫酸钠的给药模式,诱导小鼠结直肠癌模型。计算模型鼠疾病活动指数,记录肠壁肿瘤生成数目,测定组织学评分及Ki67指数。ELISA法检测小鼠的血清炎症因子IL-1β、TGF-β、TNF-α的含量。Western blot法检测促炎及促纤维化蛋白TGF-β、α-SMA及COL1A1蛋白的表达。通过慢病毒介导的基因过表达及敲减技术,构建过表达及低表达DDR1a的Lo Vo细胞系。CCK-8法检测两组细胞增殖活力变化,并绘制生长曲线图,检测两组Lo Vo细胞对5-氟尿嘧啶的敏感性。通过Mito Tracker CMTMRos染色法显示DDR1a过表达及低表达Lo Vo细胞的荧光强度变化。采用Seahorse XF胞外流量检测仪测定各组细胞的氧气消耗率和细胞外酸化率指标。比色法检测三种代谢关键酶(磷酸果糖激酶、己糖激酶和丙酮酸激酶)的酶活性,以及细胞内乳酸含量。通过Western blot法检测能量代谢相关的PI3K、p AKT、PKM2等蛋白的表达水平,分析DDR1与肿瘤细胞能量代谢编程的关联性。结果:研究结果显示,DDR1在结直肠腺癌组织中的表达评分明显高于癌旁组织(P<0.01)。DDR1在低分化结直肠癌组织中的阳性表达率明显高于中分化及高分化腺癌组。DDR1高表达组具有高p T及p N分期,脉管侵犯及高临床AJCC分期。在小鼠结直肠癌模型中,DDR1敲除小鼠较野生型小鼠的疾病活动指数、肠壁肿瘤数目、组织学评分及Ki67指数均较低。DDR1敲除组小鼠血清炎性因子IL-1β、TGF-β、TNF-α的含量(P<0.01),及组织中促肿瘤生成相关蛋白TGF-β、α-SMA及COL1A1的表达水平低于野生型小鼠(P<0.05)。细胞增殖实验显示慢病毒介导的DDR1a敲减的Lo Vo细胞增殖率减弱,对5-氟尿嘧啶诱导的凋亡敏感性增加。线粒体Mito Tracker CMTMRos染色荧光强度高于对照组近3倍。通过线粒体压力及糖酵解压力测定显示,DDR1a敲减的Lo Vo细胞的氧耗率、胞外酸化率指标均降低。在三种代谢关键酶活性检测中,DDR1a敲减Lo Vo细胞的丙酮酸激酶活力降低(P<0.01),而磷酸果糖激酶、己糖激酶活性变化无显著性差异(P>0.05)。DDR1a敲减Lo Vo细胞的PI3K,p AKT,PKM2等蛋白表达水平下降,该组胞内乳酸含量明显高于对照组(P<0.01)。结论:DDR1的表达水平与结直肠癌患者的临床预后相关。DDR1促进了炎症-腺瘤-结直肠癌的疾病演进过程。DDR1a敲减抑制了Lo Vo细胞的增殖,增加了其对5-氟尿嘧啶的敏感性。DDR1a的表达不仅通过介导PI3K/AKT/Bcl2信号通路影响Lo Vo细胞的增殖-凋亡平衡,更重要的是抑制DDR1a可通过下调PI3K/AKT/PKM2信号通路降低丙酮酸激酶的活性,促进细胞内乳酸堆积,减少肿瘤细胞能量供给。DDR1a以能量代谢重编程方式影响Lo Vo细胞的增殖及能量供给模式。
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