以癌細胞的代謝為標靶的人類惡性神經膠質瘤治療法

我們先前的研究結果顯示 Nodal的訊息傳遞路徑和神經膠質瘤的致癌性有很密切的關 係。我們進一步證實Nodal可以藉著調控缺氧誘導因子-1 a (hypoxia-inducible factor-1 a，HIF-la) 的累積而調控細胞葡萄糖有氧醣解和能量代謝。HIF-1a可以藉著調控Glut-1、hexokinase、lactate dehydrogenase A增加乳酸的堆積，並藉著調控pyruvate dehydrogenase kinase (PDK)的表現及 pyruvate dehydrogenase的石粦酸化而減少pyruvate代謝成acetyl CoA並進入TCA cycle。由於HIF-1a在 有氧醣解即能量代謝的重要性，可望成為癌細胞的共同靶標(Fig. A. Aim #1)。本研究的發現不但有 助於吾人進一步了解癌細胞代謝轉換的分子機制，也將有助於利用HIF-1a為治療標的，研發對抗 惡性腫瘤的新藥物或策略。由於當細胞營養供應被阻斷時，常會利用其他代謝網路或回收相關營 養物質，而快速生長的細胞最常用的是glutamine來補充TCA cycle的中間產物。本研究也將探索 抑制glutaminolysis在神經膠質瘤的生長上扮演的角色(Fig. A. Aim #2)。另外快速生長的癌細胞需要 大量的磷脂質以做為細胞膜的材料，我們也將探討抑制脂肪合成是否也可以做為癌症治療的靶標 (Fig. A. Aim #3)。 中心假說：我們過去的研究發現已清楚的描繪出以人類神經膠質瘤細胞有氧醣解和能量代謝為治 療標的的理論基礎。本計劃的中心假說是癌細胞HIF-1 a調控的代謝轉換可以當作癌症治療的靶 標。我們假設HIF-1 a在此效應中扮演著樞紐的角色，我們將探討降低HIF-1 a是否能逆轉人類神 經膠質瘤細胞中大增的葡萄糖攝取、有氧醣解；並改善癌細胞被壓制的TCA cycle、電子傳遞鏈、 及ATP的產生；最終造成癌細胞的anoikis。另外，由於人類神經膠質瘤細胞也可以從組織中獲 得glutamine而補充TCA cycle的中間產物，阻斷這些關係癌細胞生長的代謝路徑，可望和降低 HIF-1 a的藥物有協同作用。我們的長期目標為利用人類神經膠質瘤細胞異常的代謝為治療標的以 開發癌症治療藥物。我們的特定目標為： 特定目標（I):探討降低人類神經膠質瘤細胞HIF-1 a的方法，並分析降低HIF-1 a是否能正常化 癌細胞過高的葡萄糖運送、糖解作用；並校正被壓制的TCA週期、電子傳遞鏈、ATP產生及粒線 體有氧呼吸。並進一步研究降低HIF-1 a對細胞生長及腫瘤生成有何影響。我們初步的實驗發現 以camptothecin, fenofibrate, a-lipoic acid or ferrous glycinate 處理U87人類膠質瘤細胞可以減少 HIF-1 a的蛋白表現. 特定目標（II):探討抑制glutamine的補充作用是否可以做為人類膠質瘤的治療藥物：我們將以 BPTES抑制glutaminase，以oxalomalate抑制glutamine的reductive carboxylation觀察抑制TCA週期的 補充效應(anaplerosis)是否可以誘導癌細胞的anoikis式細胞凋亡、或藉著”上皮-間質轉換（EMT)” 而調控細胞的移動性、侵襲性以及抑制癌幹細胞的生長。 特定目標（III): 了解抑制細胞脂肪合成的藥物對細胞生長及腫瘤生成的影響：由於人類神經膠質 瘤細胞高度依賴mevalonate相關的脂肪合成路徑，以提供癌細胞生長所需的磷脂質。我們將檢驗 過去五年本實驗室研究過的fenofibrate，a-lipoic acid，及monacolin等降低脂肪合成的藥物是否影 響癌細胞的生長及腫瘤生成，我們也將探討這些藥物是否與降低HIF-1 a蛋白的藥物(Aim 1)或抑 制glutaminolysis的藥物(Aim 2)有協同作用。