肿瘤是一种病因复杂且异质性很高的基因病,但又有一些共同特性,如瓦博格效应(Warburg effect)以及对某些基因成瘾。所谓基因成瘾,包括癌基因成瘾(Oncogene addiction)和非癌基因成瘾(Non-oncogene addiction),即肿瘤细胞的生长和存活过度依赖于某个基因的现象,这种依赖性短期内难以克服,如被迫终止往往导致肿瘤细胞死亡。腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)是细胞的能量和营养感受器,对细胞能量稳态和代谢平衡的调节起关键性作用。传统观点认为,AMPK是一个抑癌基因,在肿瘤发生早期可以通过代谢调控或稳定p53、TET2、TSC2等抑癌基因的功能抑制肿瘤进展。然而,随着研究的深入,越来越多的证据表明,在多种肿瘤细胞中存在AMPK过表达或过度激活的现象,并且阻断AMPK信号能够显著抑制该类肿瘤细胞的生长或引起肿瘤细胞死亡,提示肿瘤发生了 AMPK激酶成瘾(非癌基因成瘾)。对于这部分肿瘤,AMPK可能是一个极具潜力的治疗靶点。但截至目前,这一观点尚缺乏深入的研究和确凿的实验证据。因此,本课题从分子、细胞水平以及动物模型几个层面对AMPK在肿瘤细胞生存中的作用及分子机制进行系统研究。主要研究内容包括以下四个方面:(1)AMPK对肿瘤细胞活性、凋亡的影响:首先通过生物信息学分析AMPK在一些肿瘤样品、细胞系中的表达和活化情况、并对其与患者预后进行相关性分析,发现AMPK在多种血液瘤中表达升高或活化增强,在宫颈癌中,AMPK高表达患者的5年生存率显著低于低表达患者。其次选用AMPK高度活化的K562/Jurkat、AMPK高表达的Hela细胞以及癌变的原代B细胞,使用AMPK抑制剂Dorsomorphin处理后检测细胞活性或细胞死亡水平,发现Dorsomorphin能够显著抑制这些肿瘤细胞的活性、引起细胞死亡,且该效应能够被AMPK激动剂Metformin和AICAR所拮抗,说明AMPK具有维持肿瘤细胞生存的作用。(2)AMPK对裸鼠移植瘤生长的影响:构建人宫颈癌Hela细胞的裸鼠皮下移植瘤模型,并用Dorsomorphin进行治疗,动态观察小鼠状态和移植瘤生长情况,结果发现AMPK抑制剂Dorsomorphin能显著抑制移植瘤的生长,且不会引起小鼠死亡或体重下降。(3)抑制AMPK活性抗肿瘤的分子机制研究:通过对转录组测序结果的GSEA分析,发现BAD基因上调以及蛋白稳态失衡可能是AMPK阻断诱导肿瘤细胞死亡的主要机制。进一步通过细胞实验、分子实验等证实抑制AMPK活性或利用siRNA干扰AMPK表达会导致肿瘤细胞中BAD表达上调、错误折叠蛋白增多、Caspase 3活化增强以及细胞凋亡增加。而BAD敲减能够部分缓解AMPK抑制剂诱导的肿瘤细胞死亡。这些结果说明AMPK主要通过调控BAD表达以及蛋白稳态维持肿瘤细胞生存。(4)抑制AMPK活性对蛋白酶体抑制剂PS-341抗肿瘤作用的影响:体外通过细胞实验发现,Dorsomorphin显著增强PS-341诱导的肿瘤细胞死亡;进一步利用Hela裸鼠移植瘤模型验证Dorsomorphin与PS-341药物组合的体内抗肿瘤作用,发现联用组的肿瘤生长延缓,小鼠生存期延长,并且未见明显的副反应。结果证实抑制AMPK活性可以显著增强PS-341等蛋白稳态干扰药物的抗肿瘤效果。综上所述,本课题研究证实在AMPK驱动的肿瘤中,AMPK对维持肿瘤细胞生存有着重要作用,并阐述了两条新的作用途径:一方面AMPK可通过干预促凋亡蛋白BAD表达从而促进肿瘤细胞存活;另一方面AMPK也可通过维持蛋白质稳态帮助肿瘤细胞生存。因此,抑制AMPK活性显著促进肿瘤细胞中BAD的表达、蛋白稳态失衡,并促进蛋白酶体抑制剂PS-341诱导的肿瘤细胞死亡及体内抗肿瘤效果。研究结果不仅拓宽了我们对AMPK病理功能的认识,也为临床肿瘤治疗提供新的靶点、思路和理论指导。