食管癌细胞PI3K/AKT-HIF-1α通路对糖酵解的影响

背景：食管癌是我国常见恶性肿瘤之一,具有浸润快、转移早和放化疗耐受等特征,预后较差。研究发现食管癌组织内缺氧是促进肿瘤浸润转移和放化疗耐受的重要因素,并涉及到癌细胞能量代谢异常等环节。癌细胞具有偏向通过糖酵解方式来进行糖代谢获得能量的代谢特征(Warburg效应),Warburg效应使得肿瘤细胞能够比正常细胞具有更强的葡萄糖代谢能力,为肿瘤细胞的快速增殖与生长提供了能量来源,也使其具备更强的低氧耐受能力。肿瘤组织中低氧环境和Warburg效应的协同作用可能是促进肿瘤转移和放化疗耐药的重要原因。缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α)是组织细胞适应缺氧环境的关键调节因子,现已发现在食管癌组织中高表达,并与食管癌的淋巴结转移和放化疗耐受相关。PI3K/Akt途径是与肿瘤细胞糖代谢最为密切的调控通路之一(Akt又称为Warburg激酶),同是又参与了HIF-1;α表达调控,因此我们推测PI3K/Akt-HIF-1α通路可能在缺氧和Warburg效应的协同作用中发挥关键作用,但目前其机制尚不明确。 目的：探讨缺氧条件下PI3K/Akt-HIF-1α通路对食管癌细胞株糖酵解能力的影响,为阐明缺氧诱导食管癌糖酵解增强的分子机制提供实验依据。 方法：1)观察在不同氧浓度下食管癌细胞株Eca109、TE13中HIF-1α和糖酵解限速酶表达变化及对细胞外乳酸浓度的影响；2)Wortmannin或Rapamycin阻断PI3K/Akt途径,观察其对食管癌细胞HIF-1α蛋白水平和糖酵解的影响；3)siRNA抑制食管癌细胞HIF-1α基因表达,观察糖酵解水平的变化；4)EGF激活PI3K/Akt途径,观察对HIF-lα抑制细胞(siRNA干扰)糖酵解水平的影响,进而判断HIF-1α在PI3K/Akt通路激活促进糖酵解过程中的作用。 结果：研究发现随着环境氧浓度降低,食管癌细胞Eca109和TE13中HIF-1α蛋白表达增加,糖酵解酶类表达增强、活性增加,细胞外液乳酸浓度增加；Wortmannin或Rapamycin阻断PI3K/Akt途径后,无论在缺氧和正常氧分压下均出现糖酵解酶类表达下降,细胞外培养液中乳酸浓度降低；siRNA抑制HIF-1α表达后,无论常氧还是缺氧环境下均出现细胞内糖酵解酶表达减少,活性降低,乳酸浓度下降,但在缺氧条件下糖酵解水平下降更为显著；采用EGF作用于HIF-1α基因抑制细胞,在正常氧分压下能够增加细胞的糖酵解酶类表达及活性增加,培养液乳酸浓度增加,而在缺氧条件下细胞糖酵解水平未见显著变化。 结论：环境缺氧可以促进食管癌细胞糖酵解水平,且这一过程与HIF-1α表达密切相关；PI3K/AKT和HIF-1α途径均参与了食管癌细胞的糖酵解过程,HKⅡGLUT1和LDHA可能是该通路的下游作用位点；缺氧条件下EGF激活PI3K/Akt途径通过HIF-1α参与对糖酵解调控；但在正常氧分压下这一过程对糖酵解的调控并非完全依赖于HIF-1α。抑制PI3K/Akt-HIF-1α途径能够显著减少食管癌细胞糖酵解,具有潜在的治疗价值。