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O-GlcNAc(O-linked N-acetylglucosamine)是一种广泛存在于蛋白质丝/苏氨酸残基上的一种动态、可逆的蛋白翻译后修饰;与经典的糖基化修饰不同,它主要分布在细胞浆和细胞核中。O-GlcNAc修饰基团的添加和移除分别是由糖基转移酶(O-GlcNAc transferase,OGT)和糖苷酶(O-GlcNAcase,OGA)完成的。O-GlcNAc不仅参与了生物体绝大多数正常生理功能的调控,还可能在多种疾病的发病过程中发挥重要的作用。本实验室的前期研究工作已经证明,O-GlcNAc促进小鼠乳腺癌4T1细胞的体外迁移和体内肺转移,但O-GlcNAc调节乳腺癌转移的分子机制还有待系统的研究。Akt是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,可通过磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)依赖的机制被胞外信号激活。Akt通过与PI3K的类脂产物磷酯酰肌醇3,4,5-三磷酸(PI(3,4,5)P3)结合募集到细胞膜上,并通过上游磷脂酰肌醇依赖性激酶1、2(PDK1、PDK2)磷酸化进入活化状态。激活的Akt重新定位到胞质、核内或细胞内的其他部位,磷酸化大量的底物蛋白。在肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭和转移过程中,PI3K/Akt信号发挥重要作用。目前发现Akt有三个家族成员Aktl/PKBα、Akt2/PKBβ、Akt3/PKBγ,其中大量文献证明Akt1与肿瘤转移密切相关。本实验利用RNA干扰技术沉默OGT的表达,获得两株O-GlcNAc表达降低的乳腺癌细胞模型,利用糖苷酶OGA的特异性抑制剂PUGNAc处理得到O-GlcNAc表达增加的乳腺癌细胞模型。利用免疫印迹和免疫沉淀等技术发现,与对照细胞相比,OGT沉默明显增加Akt Thr308及其亚型Akt1 Ser473和Akt2 Ser474的磷酸化水平,而PUGNAc处理则显著降低其磷酸化水平,同时伴随Akt O-GlcNAc修饰水平的变化;Transwell实验表明,PI3K特异性抑制剂LY294002处理的OGT沉默细胞株的迁移能力明显回复,这表明O-GlcNAc促进乳腺癌转移可能与PI3K/Akt信号通路有关。由于已有研究表明, Akt在不同类型的乳腺癌细胞中发挥的作用也不同,有的促进肿瘤的转移,有的抑制肿瘤转移。为了证明O-GlcNAc是否通过抑制PI3K/Akt信号促进乳腺癌转移,我们利用RNA干扰技术建立了两株Akt1沉默的乳腺癌细胞模型。通过体外和体内实验证明,沉默Akt1不影响乳腺癌细胞的生长和增殖,但能降低其体外迁移和体内肺转移能力。这提示,O-GlcNAc并不是完全通过调节PI3K/Akt信号而影响乳腺癌的转移,可能存在其他蛋白与PI3K/Akt信号协调作用调节乳腺癌转移。因此,O-GlcNAc和PI3K/Akt通路与乳腺癌转移的关系比较复杂,其相关分子机制还需进一步研究。综上所述,本文利用分子生物学和细胞生物学的方法,在分子、细胞和动物水平探讨了O-GlcNAc对PI3K/Akt信号的调节作用和Akt1在小鼠乳腺癌转移过程中的作用,为深入研究O-GlcNAc在乳腺癌转移中的作用及其分子机制奠定了基础,并为乳腺癌的诊断及治疗提供了新的潜在靶点和研究思路。