能量代谢重编程和自噬是目前肿瘤领域的研究热点,二者在肿瘤发生、转移及耐药等过程中发挥关键作用。能量代谢重编程是指肿瘤细胞的能量来源由氧化磷酸化向糖酵解转变,以充分的速率合成大分子物质满足恶性增殖所需,这种转变有利于肿瘤生存。自噬是一种溶酶体依赖性的分解代谢过程,压力条件下,细胞通过自噬消化自身受损的细胞器或蛋白对胞内成分循环利用,以维持细胞稳态和代谢平衡。肿瘤细胞通过自噬提高耐受性,使肿瘤细胞在胁迫环境下,如缺氧、放化疗、营养缺乏时得以生存,致使肿瘤产生耐药性,导致治疗更加困难。然而,目前对参与肿瘤能量代谢重编程和自噬的调控机制尚不清楚。miRNA(microRNA),即微小RNA,是一类22bp左右的小分子单链非编码RNA,在转录后水平调控基因表达,广泛参与各种生理病理过程。miRNA在肿瘤发生发展中异常表达,与肿瘤进展密切相关。研究发现miRNA在肿瘤能量代谢及自噬中发挥重要功能,但作为胞内调控网络的关键分子,miRNA对肿瘤能量代谢重编程和自噬过程调控机制的研究尚未见系统性报道。本论文主要研究miRNA在肿瘤能量代谢转换和自噬中的作用与机制。研究内容分为两个部分。第一部分是低氧诱导因子(hypoxia-inducible factor α,HIF-1α)诱导的miR-23a～27a～24 cluster在肿瘤能量代谢重编程中的作用和机制研究。我们以结直肠癌为研究对象,通过miRNA芯片和荧光实时定量PCR检测发现低氧条件下miR-23a～27a～24cluster中的三个成员miR-23a,miR-27a和miR-24显著升高。染色质免疫共沉淀(Chromatin Immunoprecipitation,ChIP)和荧光素酶报告基因实验(luciferase assay)证明 miR-23a～27a～24 cluster 启动子区含有 HIF-1α 的特异性结合序列,HIF-1α在转录水平促进其表达。生物信息学基因功能与通路分析、功能获得与功能丧失(Gain-and loss-of-function)、葡萄糖代谢基因芯片等实验证明HIF-1α诱导的miR-23a～27a～24 cluster通过调节AMPK、PI3K-Akt和胰岛素等信号通路并靶向TCA循环等代谢通路相关基因来调控肿瘤细胞糖代谢。另外,体内外和临床样本实验证明miR-24、VHL和HIF-1α在结肠癌中形成一个双负反馈环路,其中,HIF-1α诱导的miR-24能够直接抑制VHL,而VHL是HIF-1α的抑制因子,从而进一步促进HIF-1α的表达。这种双负反馈使细胞维持在“HIF-1α和miR-24高水平,VHL低水平”的状态,促进肿瘤存活和发展。我们的发现揭示了 miR-23a～27a～24 cluster是调控结肠癌能量代谢由氧化磷酸化向糖酵解转变、促进结肠癌发展的关键因子,为治疗肿瘤发展提供了潜在靶点。第二部分是miR-26家族在自噬与肿瘤化疗敏感性中的作用机制研究。肝癌是化疗不敏感的肿瘤代表类型,自噬是导致肿瘤产生耐药性的关键因素。本研究中,我们发现化疗药物诱导自噬及自噬诱导剂雷帕霉素(rapamycin)激活自噬时,miR-26a/b表达水平降低。同时,在肝癌细胞和耐药株中过表达miR-26a/b会抑制自噬、促进肿瘤细胞凋亡。生物信息学预测、荧光素酶报告基因实验、临床病人组织样本等实验证明miR-26a/b能够在转录后水平调控自噬起始蛋白ULK1。缺失功能实验进一步证明miR-26a/b能在起始阶段抑制自噬流(autophagy flux),促进肿瘤细胞凋亡,增强肝癌细胞化疗敏感性。最后,我们在肝癌原位小鼠模型上证明miR-26a/b通过抑制自噬促进肝癌细胞凋亡,增强肝癌对阿霉素(Doxorubicin,Dox)治疗的敏感性。我们的研究首次报道了 miR-26a/b通过抑制自噬起始蛋白ULK1抑制自噬流,促进肝癌细胞凋亡并增强肝癌的化疗敏感性,表明miR-26a/b水平降低是导致肝癌化疗不敏感的一个机制。