低氧下氧化型ATM通过胞内柠檬酸累积促进人乳腺癌细胞的迁移和侵袭

 该研究主要探讨低氧下共济失调毛细血管扩张突变(ataxia-telangiectasia mutated, ATM)蛋白激酶活化通过糖代谢重塑对人乳腺癌MCF7及MDA-MB-231细胞迁移和侵袭的影响。构建靶向ATM基因的慢病毒载体(shATM)及其阴性对照病毒(shNC), 感染人乳腺癌MCF7和MDA-MB-231细胞, 建立ATM基因稳定沉默细胞系。实验设阴性对照组(shNC)、ATM基因沉默组(shATM)以及ATM特异性抑制剂KU60019处理组, 利用实时荧光定量PCR检测ATM下调效果; Western blot检测常氧及低氧下ATM、p-ATM、γ-H2AX、p-CHK2(T68)的蛋白表达水平, 利用伤口划痕愈合及Transwell实验分别检测细胞迁移和侵袭能力的改变, 用糖代谢相关试剂盒检测糖代谢过程中相关底物的变化。结果表明, 低氧处理12 h时(此时尚未发生DNA损伤), 人乳腺癌MCF7和MDA-MB-231细胞p-ATM(即氧化型ATM)表达量显著增加, 其迁移和侵袭能力增加。糖代谢改变表现为葡萄糖消耗量、丙酮酸产量、乙酰辅酶A产量明显高于乳酸生成量; 进而检测三羧酸循环(tricar-boxylic acid cycle, TCA)产物, 发现与柠檬酸相比, 下游琥珀酸和延胡索酸产生了较大程度的累积。而shATM和KU60019细胞处理组能有效抑制p-ATM的表达量、细胞迁移和侵袭能力、葡萄糖消耗、丙酮酸产量、乙酰辅酶A产量, 但对于乳酸产量的抑制作用并不明显; TCA中柠檬酸的产量的降低程度明显大于其下游琥珀酸和延胡索酸的降低量。在低氧下, shATM细胞中补充外源性柠檬酸, 肿瘤细胞的迁移侵袭能力均得到一定程度回补。研究结果揭示, 低氧情况下, 氧化型ATM的表达量明显增加, 并通过胞内柠檬酸的累积促进人乳腺癌细胞的迁移和侵袭。