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三大代谢途径之一的糖代谢是维持机体稳态的重要代谢途径。在正常细胞中,葡萄糖是维持细胞生长的主要能源物质。与正常细胞相比,肿瘤细胞具有增殖活跃,生长迅速,能量需求大的特点。作为主要能源物质的葡萄糖对于肿瘤细胞来说具有更加重要的功能,因此干预肿瘤细胞中的葡萄糖代谢必然会对肿瘤细胞的生长产生重大影响。人源NDRG2基因(也叫SYLD/KIAA1248)是NDRG家族成员之一,由我校生化教研室于1999年利用锚定引物PCR法从正常人脑的cDNA文库中克隆得到的一个新基因[GeneBank登录号AF159092]。其染色体定位于14q11.2,含有16个外显子,15个内含子;mRNA全长为2024bp,编码含有357个氨基酸残基、分子量约为41kDa的蛋白质。其组织学分布研究结果显示,该基因在人体多种正常组织呈高表达,而在某些肿瘤组织中则低表达或不表达。从而推测NDRG2可能是一种新的肿瘤抑癌基因。近年来世界上各研究组相继开展了大量关于NDRG2的研究,结果显示,NDRG2可以影响细胞的分化[1],参与阿尔茨海默病的发生和发展[2],在大鼠的肾集合管内通过调节盐皮质激素来调节钠盐的代谢[3],由Akt和PKC磷酸化的NDRG2蛋白可参与胰岛素的信号通路[4]。Wielpütz[5]等人发现NDRG2可能影响非洲光滑爪蟾卵母细胞和大鼠甲状腺细胞内的钠通道上皮细胞的功能,增加卵母细胞膜上的电流量,诱导细胞表面钠通道的表达。同时,生化教研室李燕博士的课题发现NDRG2可以影响小鼠唾液腺细胞Na+-K+-ATP酶的活性和表达,这些有研究结果提示我们,NDRG2的作用不仅局限在某些转录调控的通道上,还可能参与到细胞的物质运输过程中。那么NDRG2是否会影响肿瘤细胞葡萄糖的摄取从而影响肿瘤细胞的生长呢?带着这样的疑问,我们进行了以下四部分实验:筛选NDRG2差异表达的细胞系;检测高糖、低糖环境对细胞生长的影响;检测细胞内NDRG2表达的改变对细胞内葡萄糖浓度的影响;探索NDRG2影响肿瘤细胞摄取葡萄糖的机制。1.通过Western blotting方法我们观察了NDRG2在多种乳腺癌细胞系和肝癌细胞系中的表达情况,经过筛选,我们选取SK-BR-3细胞、T-47D细胞、HHCC和HepG2细胞细胞作为研究对象开展后续实验。2.用高糖、低糖培养基培养细胞,检测细胞内葡萄糖浓度,结果显示高糖与低糖环境中的细胞内葡萄糖水平有明显的差异。用MTT实验和平板克隆形成实验检测细胞的增殖能力,结果发现高糖环境下的细胞生长较低糖环境下的细胞生长迅速。3.分别转染NDRG2 siRNA和NDRG2重组腺病毒,在肿瘤细胞内干预NDRG2的表达后,利用葡萄糖检测试剂盒检测高糖、低糖环境中的细胞内葡萄糖浓度,结果显示高糖环境中的细胞内葡萄糖浓度随NDRG2的改变发生明显的变化,当细胞内NDRG2水平升高时,细胞内葡萄糖浓度降低,当细胞内NDRG2水平降低时,细胞内葡萄糖浓度升高;而低糖环境中细胞内葡萄糖浓度未随NDRG2的改变而发生明显的变化。4.哺乳动物体内主要的葡萄糖转运载体GLUT1定位在细胞的质膜上,在多种肿瘤组织中高表达,作为肿瘤细胞摄取葡萄糖的门户分子发挥着重要作用。有研究表明,NDRG2可以影响细胞膜上的某些转运体的功能[5],具有调节物质转运的功能。为了探索NDRG2调节肿瘤细胞糖代谢功能的机制,我们大胆假设NDRG2可能通过影响GLUT1来影响肿瘤细胞对葡萄糖的摄取,进而影响了肿瘤细胞的糖代谢状态。在上述实验的基础上我们将细胞转染NDRG2siRNA后利用Real-timePCR方法和Western-blotting方法分别检测细胞内GLUT1mRNA水平和蛋白质水平的变化,结果发现GLUT1mRNA水平和蛋白质水平并未因NDRG2水平的变化而变化。表明NDRG2不影响GLUT1的表达。但利用免疫荧光实验发现,在细胞内NDRG2和GLUT1存在共定位。进一步采用免疫共沉淀实验证实,二者在细胞内有直接的结合。这些结果提示NDRG2可能通过与GLUT1的直接结合结合影响后者的转运、定位、功能或降解过程,进而影响肿瘤细胞对葡萄糖的摄取,最终对肿瘤细胞的增殖产生抑制效应。综上所述,我们首次证实了NDRG2与肿瘤细胞葡萄糖代谢密切相关。在这个过程中,NDRG2通过抑制肿瘤细胞摄取葡萄糖起到抑制肿瘤细胞的生长的作用。在进一步的研究中我们证实细胞内NDRG2与GLUT1存在直接的相互作用,这种相互作用影响了GLUT1的功能,进而影响了肿瘤细胞对葡萄糖的摄取。因此我们推测NDRG2对肿瘤细胞生长的抑制很可能是通过与GLUT1的直接相互作用而实现的。这为NDRG2的抑癌功能研究提供了新的理论依据。作为一个新基因,NDRG2在细胞内的功能还有待进一步的深入研究。本研究从肿瘤细胞糖代谢这一新视角入手,开拓了NDRG2功能研究的新领域,使其功能研究更趋于充实和完善,有助于我们进一步认识这个有抑癌效应的新基因,也为肿瘤代谢研究提供了新的思路。