Targeting GLUT1 and the Warburg effect in renal cell carcinoma by chemical synthetic lethality

doi:10.1126/scitranslmed.3002394

.2011年8月3日；3（94）:94ra70。

doi:10.1126/scitranslmed.3002394。

化学合成致死性靶向GLUT1和肾癌的Warburg效应

丹尼斯·A·陈¹, 帕特里克·D·苏廷, Phuong Nguyen公司, 桑德拉·特科特, 埃德温·赖伊, 艾丽斯·班恩, 格洛丽亚·雷诺兹, Jen-Tan Chi先生, 杰森·吴, 大卫·E·索洛-科尔多, 穆里尔·博内, 杰克·弗拉纳根, 唐娜·M·布利, 爱德华·E·格雷夫斯, 威廉·A·丹尼, 迈克尔·P·海, 阿马托·J·贾西亚

附属公司

PMID： 21813754
预防性维修识别码：项目经理3683134
内政部： 10.1126/scitranslmed.3002394

化学合成致死性靶向GLUT1和肾癌的Warburg效应

丹尼斯·A·陈等。科学转化医学. 2011.

.2011年8月3日；3（94）：94ra70。

doi:10.1126/scitranslmed.3002394。

作者

丹尼斯·A·陈¹, 帕特里克·D·苏廷, Phuong Nguyen公司, 桑德拉·特科特, 埃德温·赖伊, 艾丽斯·班恩, 格洛丽亚·雷诺兹, Jen-Tan Chi先生, 杰森·吴, 大卫·E·索洛-科尔多, 穆里尔·博内, 杰克·弗拉纳根, 唐娜·M·布利, 爱德华·格雷夫斯, 威廉·A·丹尼, 迈克尔·P·海, 阿马托·J·贾西亚

附属

¹斯坦福大学医学院放射肿瘤学系，斯坦福，加利福尼亚州94305，美国。

PMID： 21813754
预防性维修识别码：项目经理3683134
内政部： 10.1126/scitranslmed.3002394

摘要

确定新的靶向治疗方法，在杀死肿瘤细胞的同时保留正常组织，是癌症研究的一大挑战。通过高通量化学合成致死筛选，我们试图鉴定利用von Hippel-Lindau（VHL）抑癌基因缺失的化合物，该基因缺失发生在约80%的肾细胞癌（RCC）中。RCC和许多其他癌症一样，依赖有氧糖酵解产生ATP，这种现象被称为Warburg效应。RCC对糖酵解的依赖性部分是葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）诱导的结果。在这里，我们报告了一类化合物的鉴定，即以STF-31为例的3系列化合物，该化合物通过特异性靶向GLUT1的葡萄糖摄取并利用这些细胞对GLUT1独特的依赖性来选择性杀死RCC。用这些药物治疗可通过直接结合GLUT1抑制RCC的生长，并阻止体内葡萄糖摄取，而不会对正常组织产生毒性。STF-31在这些实验性肾肿瘤中的活性可以通过微正电子发射断层成像的[（18）F]氟脱氧葡萄糖摄取来监测，因此，这些药物可以很容易地在人类肿瘤中进行临床测试。我们的结果表明，Warburg效应为肿瘤细胞提供了独特的特征，可以选择性地靶向治疗。

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数字

图1
化学合成致命筛选可识别特定靶向药物损失的化合物*VHL（甚高频）*在肾癌中。(一)STF-31对有无RCC4克隆形成存活率的影响*VHL（甚高频）*（10天）(**P（P）*< 0.00005). (B类)RCC4和RCC4/VHL细胞中克隆性存活的代表性平板（5μM STF-31；10天）。(C类)STF-31（5μM）对细胞作用的时间进程(**P（P）*< 0.0005). (D类)STF-31对含或不含shRNA-VHL的ACHN细胞克隆形成存活的影响(**P（P）*< 0.0001). (E类)STF-31（5μM）对处理3天的RCC4和RCC4/VHL细胞的细胞死亡的影响。用台盼蓝染色测定细胞死亡(**P（P）*< 0.01). (F类)STF-31对过度表达HIF-2α的RCC4、RCC4/VHL或RCC4/VL细胞克隆的影响(**P（P）*< 0.005). 所有误差条代表SEM(n个= 3).

图2
STF-31抑制*VHL（甚高频）*-缺乏细胞。(一)用载体或STF-31（5μM）处理的RCC4和RCC4/VHL细胞中，由糖酵解最终产物丙酮酸转化而来的乳酸（μmol/细胞）(**P（P）*< 0.01). (B类)相对细胞外酸化率（ECAR）（mpH/min）*VHL（甚高频）*-缺陷细胞和野生型细胞*VHL（甚高频）*响应STF-31（5μM）48小时。细胞用结晶紫染色，并测量吸光度以进行归一化(**P（P）*< 0.0005). (C类)STF-31治疗后的相对葡萄糖摄取量（5μM）。计数标准化为单元数(**P（P）*< 0.000005). (D类)STF-31浓度对葡萄糖摄取的影响(**P（P）*< 0.00005). (E类)STF-31对STF-31处理后全细胞裂解物中己糖激酶活性的影响（5μM）。(F类)STF-31（5μM）对转染HIF-1β小干扰RNA（siRNA）的RCC4细胞葡萄糖摄取的影响（*P<0.05）。(**G公司**)STF-31（5μM）对耗氧量（nmol/min/10）的影响⁶单元格）。(**H（H）**)STF-31（5μM）对有无细胞内相对ATP水平的影响*VHL（甚高频）*(**P（P）*< 0.005). (我)STF-31对有无细胞ATP水平的影响*VHL（甚高频）*(**P（P）*< 0.01). (J型)STF-31（5μM）对无糖细胞葡萄糖摄取和克隆形成细胞存活的影响*VHL（甚高频）*上限约为72小时。(**K（K）**)STF-31（5μM）对糖尿病细胞葡萄糖摄取和克隆形成细胞存活的影响*VHL（甚高频）*上限约为72小时。所有误差条代表SEM(n个= 3).

图3
*VHL（甚高频）*-与野生型肾癌相比，缺乏型肾癌对葡萄糖缺乏更敏感，GLUT1水平更高*VHL（甚高频）*. (一)连续6天缺乏葡萄糖和/或丙酮酸对RCC4和RCC4/VHL细胞数量的影响(**P（P）*< 0.005). (B类)连续6天缺乏葡萄糖和/或丙酮酸盐对786-O和786/VHL细胞数量的影响(**P（P）*< 0.005). (C类)在包含正常肾组织（正常）和肾透明细胞癌（RCC）的肾癌数据集中GLUT1、GLUT2、GLUT3和GLUT4的表达（17）。(D类)通过定量实时PCR测定RCC4和RCC4/VHL中GLUT1和GLUT2的相对mRNA表达[归一化为TATA盒结合蛋白（TBP）]。(E类)肾癌数据集中GLUT1和GLUT2表达的相关性（17）。所有误差条代表SEM(n个= 3). (F类)一组RCC细胞系中VHL状态、HIF-1、HIF-2、GLUT1和GLUT2表达以及对STF-31的敏感性。

图4
抑制*GLUT1公司*导致细胞死亡*VHL（甚高频）*-缺乏细胞。(一)STF-31在GLUT1溶质通道内对接的示意图。(B类)RCC4和RCC4/VHL的细胞裂解液与用连接物衍生的亲和凝胶固定化STF-31孵育，然后用尿素缓冲液洗脱。用GLUT1、GLUT2或GLUT3抗体检测洗脱液。(C类)携带稳定、可诱导shRNAmir至GLUT1的RCC4和RCC4/VHL细胞GLUT1相对mRNA水平。用多西环素（DOX）（500ng/ml）处理细胞5天。(D类)将shRNAmir诱导为GLUT1后，RCC4和RCC4/VHL的细胞存活率。所有误差条代表SEM(n个= 3). (E类)表达GLUT1诱导shRNAmir的RCC4和RCC4/VHL细胞的荧光激活细胞分选分析。用强力霉素（500 ng/ml）处理细胞以诱导shRNAmir，这也会激活TurboRFP的表达。4天后，收集细胞，用细胞坏死标记物染色，并进行流式细胞术。

图5
可在体内监测3系列药物的疗效。(一)可溶性STF-31类似物（5μM）治疗后测量人红细胞的葡萄糖摄取(**P（P）*< 0.001) (n个= 3). (B类)用红细胞（RBC）裂解缓冲液或STF-31类似物（5μM）处理的人类红细胞的代表性照片。(C类)786-O细胞（一种自然发生VHL突变的RCC）的FDG-PET显像，植入CD-1裸鼠侧翼皮下。小鼠治疗前（左）和每天腹腔注射可溶性类似物STF-31（11.6 mg/kg）（右）三次后的代表性轴截面，覆盖CT扫描。(D类)根据每克注射剂量百分比（ID/g）的第90百分位关注区域确定的FDG-PET抑制定量(**P（P）*< 0.01). (E类)（a）车辆处理小鼠的肾脏。（b） STF-31模拟治疗小鼠的肾脏。（c）车用小鼠脾脏。（d） STF-31模拟治疗小鼠的脾脏。（e）来自车用小鼠的肝脏。（f） STF-31模拟物治疗小鼠的肝脏。（g）来自车用老鼠的心脏。（h） STF-31模拟治疗小鼠的心脏。（i）媒介物处理小鼠的唾液腺。（j） STF-31模拟治疗小鼠的唾液腺。（k）来自车用老鼠的大脑。（l） STF-31模拟治疗小鼠的大脑。用溶媒或药物治疗动物10天（前3天为11.6 mg/kg，后一周为7.8 mg/kg）。比例尺，100μm。(F类)786-O荷瘤小鼠每天用载体（11只动物）或可溶性STF-31类似物（12只动物）治疗一次或两次（前3天为11.6 mg/kg，后一周为7.8 mg/kg）(**P（P）*< 0.005). (**G公司**)将表达VHL短发夹RNA的ACHN细胞皮下植入免疫功能受损小鼠（每组5只小鼠）的侧翼。一旦肿瘤达到平均>60 mm^三，小鼠每天用STF-31类似物或载体治疗(**P（P）*< 0.01). 所有误差条代表SEM。

图6
STF-31对依赖GLUT1进行有氧糖酵解的细胞具有综合致死性。VHL同时调节HIF-1和HIF-2，从而增加GLUT1的表达。HIF-1还抑制线粒体，使细胞转向有氧糖酵解。STF-31化合物在GLUT1水平较高的RCC中抑制GLUT1。这些RCC依赖GLUT1进行糖酵解和细胞活力。

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中的注释

肾癌：通过GLUT1摄取葡萄糖的靶向治疗可杀死RCC细胞。
奥泽拉特一世。奥泽拉特一世。 Nat Rev Urol公司。2011年9月8日；8(9):471. doi:10.1038/nrurol.201.124。 Nat Rev Urol公司。2011 PMID：21901019 没有可用的摘要。
对癌细胞的甜蜜打击。
MH航班。 MH航班。 Nat Rev药物发现。2011年9月30日；10(10):734. doi:10.1038/nrd3566。 Nat Rev药物发现。2011 PMID：21959286 没有可用的摘要。

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