Lactate promotes glutamine uptake and metabolism in oxidative cancer cells

doi:10.1080/15384101.2015.1120930

。2016;15(1):72-83.

doi:10.1080/1384101.2015.1120930。

乳酸促进氧化性癌细胞对谷氨酰胺的吸收和代谢

附属公司

PMID： 26636483
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内政部： 10.1080/15384101.2015.1120930

乳酸促进氧化性癌细胞对谷氨酰胺的吸收和代谢

Jhudit Pérez-Escuredo公司等人。细胞周期。 2016。

。2016;15(1):72-83.

doi:10.1080/15384101.2015.1120930。

附属

¹a比利时布鲁塞尔天主教鲁汶大学医学院实验与临床研究所药理学极点。

PMID： 26636483
预防性维修识别码： PMC4825768美元
内政部： 10.1080/15384101.2015.1120930

摘要

含氧癌细胞具有很高的代谢可塑性，因为它们可以利用葡萄糖、谷氨酰胺和乳酸作为主要底物来支持其生物能量和生物合成活动。代谢优化需要整合。虽然糖酵解和谷氨酰胺解可以协同支持细胞增殖，但在与缺氧/糖酵解邻居共生的氧化癌细胞中，氧化乳酸代谢反对糖酵解。然而，关于氧化乳酸代谢和谷氨酰胺代谢之间的关系知之甚少。利用SiHa和HeLa人类癌细胞，这项研究报道细胞内乳酸信号促进氧化癌细胞中谷氨酰胺的摄取和代谢。这取决于单羧酸转运体1（MCT1）对细胞外乳酸的摄取。乳酸首先稳定低氧诱导因子-2α（HIF-2α），然后在模拟缺氧反应的途径中反式激活c-Myc。因此，乳酸诱导的c-Myc活化触发谷氨酰胺转运体ASCT2和谷氨酰胺酶1（GLS1）的表达，从而提高谷氨酰胺的摄取和分解代谢。解释这种代谢依赖性可能具有治疗意义。首先，针对MCT1的乳酸摄取抑制剂目前正在进入临床试验。它们有可能间接抑制谷氨酰胺分解。其次，在氧化性癌细胞中，对谷氨酰胺分解抑制的抵抗可能是由于氧化性乳酸代谢和增加乳酸信号的补偿引起的。

关键词：癌症；谷氨酰胺；缺氧诱导因子（HIF）；肿瘤代谢；c-Myc；谷氨酰胺水解；缺氧诱导因子-2（HIF-2）；乳酸信号；单羧酸转运体1（MCT1）。

PubMed免责声明

数字

**图1。**
SiHa和HeLa比MDA-MB-231人类癌细胞氧化性更强。SiHa、HeLa和MDA-MB-231细胞的耗氧率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）之比（n=5-8*第页< 0.05, ***第页< 0.001).

**图2。**
乳酸促进癌症中的谷氨酰胺代谢。（A）典型的免疫印迹和条形图显示了谷氨酰胺转运体ASCT2在使用转染有对照shRNA（shCTR，*左侧面板*)或靶向单羧酸转运体1（shMCT1，*右侧面板*). Matrigel塞含有30 mM的乳酸或等量的生理盐水（n=5；纳秒，不重要*第页< 0.05). （B）相同的是在A类但分析谷氨酰胺酶1（GLS1）蛋白表达（n=5；纳秒，不重要*第页< 0.05). （C）用乳酸钠（10mM）处理野生型SiHa细胞6小时，并在增加剂量的*L（左）*-[3,4–^三小时(N个)]-谷氨酰胺。图表显示细胞内^三H结合（n=8***第页< 0.005). （D）用siRNA靶向转染SiHa癌细胞中GDH1和β-actin蛋白表达的代表性免疫印迹*总账1*/GDH1（siGDH1）。（E）与相同C类但使用模拟转染的SiHa细胞(左边，n=8***第页<0.005）或转染siGDH1的SiHa细胞(对，n=8***第页< 0.005).

**图3。**
MCT1依赖性乳酸盐摄取稳定并激活氧化性癌细胞中的c-Myc。（A-D）癌细胞接受±10 mM乳酸钠治疗6小时。*A、，*代表性免疫印迹和条形图表示氧化SiHa中c-Myc蛋白的表达*（左侧*)和赫拉(*正确的*)癌细胞（n=4-8*第页< 0.05, **第页< 0.01 ). （B）*c-Myc公司*RT-qPCR检测SiHa中mRNA的表达(左边)和赫拉(*正确的*)细胞（n=6–9；纳秒，不显著）。（C）使用双报告荧光素酶分析定量野生型HeLa细胞中的C-Myc活性（n=4**第页< 0.01). （D）与中相同C类但使用转染有对照siRNA（siCTR）或siRNA靶向的HeLa细胞*SLC16A1型*/MCT1（siMCT1；n=4***第页< 0.005). 代表性免疫印迹显示转染siCTR或siMCT1的HeLa细胞中MCT1和β-肌动蛋白的表达。

**图4。**
乳酸能稳定氧化癌细胞中的HIF-2α。*A-C中，*对SiHa和HeLa癌细胞进行±10 mM乳酸钠处理6 h。（A）代表性免疫印迹和条形图表示HIF-2α蛋白表达（n=4-8*第页< 0.05). （B）代表性免疫印迹显示，用对照siRNA（siCTR）或siRNA靶向转染的SiHa和HeLa细胞中HIF-2α和β-肌动蛋白表达*EPAS1系统*/α（siHIF-2α）。（C）*EPAS1系统/*RT-qPCR检测HIF-2αmRNA表达（n=6；纳秒,*不重要*). （D）在有无增加α-酮戊二酸剂量的情况下，对HeLa细胞进行±10 mM乳酸钠处理6小时。免疫印迹代表n=3，显示HIF-2α、HIF-1α、c-Myc、ASCT2、GLS1和β-actin的表达。

**图5。**
HIF-2α通过乳酸控制氧化癌细胞中c-Myc的活化。（A） HIF-2α、HIF-1α、c-Myc、ASCT2、GLS1和β-actin在HeLa细胞中检测到表达，这些细胞是模拟转染、转染siHIF-1 A、siHIF-2 A或siMyc-1并经±10 mM乳酸钠处理6小时的细胞。免疫印迹是n=3的代表。（B）用双报告荧光素酶法对转染siCTR或siHIF-2α并培养6 h±10 mM乳酸钠（n=4****P（P）*< 0.005). （C）代表性免疫印迹显示C-Myc(左边)和HIF-1α(*正确的*)经24 h±10 mM乳酸钠或±缺氧（1%O₂). 图中显示了由核标记层粘连蛋白A/C表达归一化的核部分中的蛋白质表达（n=3*第页< 0.05). （D） HeLa细胞在24小时±10 mM乳酸钠或±缺氧（1%O₂). n=3的代表性免疫印迹显示HIF-2α和c-Myc在全细胞裂解物、对照IgG免疫沉淀（IP）和c-Myc免疫沉淀中表达。*E、，*在±10 mM乳酸钠或±缺氧（1%O₂). 异质复合物在代表性图片中显示为红点，细胞核染色为蓝色（DAPI），F-actin染色为绿色（指骨样蛋白）。省略c-Myc的一级抗体作为阴性对照。棒材=50μm。

**图6。**
乳酸促进氧化癌细胞中HIF-2α和c-Myc依赖的ASCT2和GLS1蛋白的表达。（A-D）癌细胞接受±10 mM乳酸钠治疗6小时（A），典型的免疫印迹和条形图显示野生型SiHa中ASCT2蛋白的表达*（上面板*)和赫拉(*下部面板*)细胞（n=4-7*第页< 0.05). （B）与中相同A类但使用模拟转染的SiHa和HeLa细胞(*左侧面板*)，转染siHIF-2α的细胞(*中等偏左*)和转染了2种不同的靶向c-Myc的siRNA（siMyc-1和siMyc-2，*中等偏右*和*正确的*)（n=3–6；纳秒，不重要*第页< 0.05). （C）代表性免疫印迹和条形图显示野生型SiHa中GLS1蛋白的表达*（上面板*)和赫拉(*下部面板*)细胞（n=4–7*第页< 0.05). （D）与中的相同C类但使用模拟转染的HeLa和SiHa细胞(左边)，转染siHIF-2α的细胞(*中等偏左*)和转染siMyc-1的细胞(*中等偏右*)或siMyc-2(*正确的*)（n=3–6；ns，不显著*第页< 0.05). （E）代表性免疫印迹显示转染siMyc-1或siMyc-2的SiHa和HeLa细胞中c-Myc和β-actin蛋白的表达。

**图7。**
乳酸刺激氧化性谷氨酰胺分解。*A-B公司*在含谷氨酰胺（2 mM）的无葡萄糖新鲜溶液中，在细胞处理后6 h±10 mM乳酸钠中测量SiHa和HeLa细胞的耗氧率（OCR）。（A）野生型SiHa和HeLa细胞的OCR（n=3个独立实验***第页< 0.005). （B）与A组相同，但使用模拟转染的SiHa和HeLa细胞或转染siMyc-1或siMyc-2的细胞（n=3个独立实验；纳秒，不显著*第页< 0.05, **第页< 0.01). （C）描述氧化癌细胞中乳酸诱导谷氨酰胺摄取和代谢的模型。根据该模型，乳酸通过单羧酸转运体1（MCT1）促进的转运进入氧化癌细胞，并在胞浆中氧化为丙酮酸（乳酸脱氢酶1[LDH1]反应）。乳酸衍生丙酮酸通过竞争性抑制脯氨酰羟化酶（PHD）对α-酮戊二酸（α-KG）的使用来介导乳酸信号，从而实现HIF-2α蛋白的稳定。然后，HIF-2α稳定细胞核中c-Myc蛋白的表达（很可能是通过稳定c-Myc:Max复合物），c-Myc在细胞核中促进靶基因的转录，其中*SLC1A5型*/ASCT2是主要的膜结合谷氨酰胺转运蛋白，谷氨酰胺酶1（GLS1）催化*L（左）*-谷氨酰胺*L（左）*-谷氨酸是线粒体中谷氨酸分解的第一步。谷氨酰胺可用于胞浆或线粒体。在线粒体基质中，谷氨酸脱氢酶1（GDH1）转换*L（左）*-α-KG中的谷氨酸可促进谷氨酸氧化分解。由于沉默MCT1可以阻断乳酸诱导的c-Myc活化，因此MCT1抑制剂有可能间接抑制氧化癌细胞中谷氨酰胺的摄取和代谢。

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