FOXA2通过转录方式增加GLS1的表达，促进谷氨酰胺代谢，从而加速膀胱癌的恶性发展

《Mutation Research - Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis》：FOXA2 promotes glutamine metabolism to facilitate the malignant development of bladder cancer by transcriptionally increasing GLS1 expression

FOXA2通过调控GLS1介导的谷氨酰胺代谢促进膀胱癌增殖转移，沉默FOXA2可抑制相关代谢标志物并减少细胞迁移侵袭，动物模型验证了FOXA2的作用机制，为膀胱癌靶向治疗提供新思路。

　　

全园|刘博文|严伟|李慧峰|蒲金贤

中国苏州苏州大学第四附属医院泌尿科

摘要

背景

研究发现，Forkhead box A2 (FOXA2) 在膀胱癌 (BCa) 中表达异常升高，但其在 BCa 进展中的作用及潜在的分子机制仍不明确。

方法

使用 qRT-PCR 和 Western blot 检测 FOXA2、谷氨酰胺酶 1 (GLS1) 及谷氨酰胺代谢相关标志物的表达水平。通过检测谷氨酰胺摄取、细胞内谷氨酸、ATP、GSH 和 ROS 水平来评估谷氨酰胺代谢。利用 CCK8 试验、EdU 试验、伤口愈合试验和 Transwell 试验分析 BCa 细胞的增殖、迁移和侵袭能力。通过双荧光素酶报告基因试验和 ChIP 试验验证 FOXA2 对 GLS1 启动子的调控作用。构建小鼠异种移植肿瘤模型以评估 FOXA2 在 BCa 肿瘤发生中的作用。

结果

FOXA2 在 BCa 细胞中的表达上调，其敲低显著降低了 GLS1 的表达。沉默 FOXA2 可抑制 BCa 细胞的谷氨酰胺代谢，从而抑制细胞增殖和转移，而这些效应可被 GLS1 的过表达逆转。从机制上看，FOXA2 通过与 GLS1 启动子区域结合来增加 GLS1 的转录和表达。动物研究表明，FOXA2 通过降低 GLS1 表达也减少了 BCa 的肿瘤发生。

结论

FOXA2 通过促进 GLS1 介导的谷氨酰胺代谢加速了 BCa 细胞的增殖和转移，为 BCa 的治疗提供了新的靶点。

引言

膀胱癌 (BCa) 是一种发生在膀胱黏膜的恶性肿瘤，是泌尿系统常见的肿瘤之一 [1]、[2]、[3]。据统计，BCa 在中国泌尿系统肿瘤中的发病率和死亡率均位列前三，且近年来其发病率持续上升 [4]。BCa 可伴随血尿、尿频、尿急等症状，严重影响患者的生活质量 [5]、[6]。因此，迫切需要揭示 BCa 的发病机制，以期为开发潜在的治疗靶点提供新思路。

Forkhead box A2 (FOXA2) 属于 FOX 家族，是调控细胞分化的核心转录因子 [7]、[8]。FOXA2 的主要功能是作为转录因子与特定 DNA 序列结合，从而调节基因表达，这对细胞功能和发育至关重要 [9]、[10]。研究表明，FOXA2 在多种人类癌症（如结直肠癌 [11] 和食管癌 [12]）中具有致癌作用。先前的研究显示，FOXA2 在肌浸润性 BCa 中高度表达 [13]，表明其与 BCa 进展有关。然而，FOXA2 在 BCa 中的具体作用尚未明确。

谷氨酰胺代谢在促进肿瘤生长中的关键作用已在多种癌症中得到证实 [14]、[15]。线粒体酶谷氨酰胺酶 1 (GLS1) 催化谷氨酰胺分解代谢的第一步 [16]、[17]，在恶性肿瘤中常呈上调状态 [18]、[19]。GLS1 支持肿瘤发生的机制多种多样，包括补充三羧酸循环中间产物和维持氧化还原平衡 [20]、[21]。鉴于其关键作用，GLS1 成为有吸引力的治疗靶点，已有几种小分子抑制剂进入临床试验，但效果不一 [22]、[23]。

利用 JASPAR 软件，我们的研究发现 FOXA2 与 GLS1 启动子具有潜在的结合位点。然而，FOXA2 是否通过调节 GLS1 的转录表达和介导谷氨酰胺代谢来影响 BCa 进展仍不清楚。本研究旨在探讨 FOXA2 在 BCa 进展中的功能和机制，这可能为以 FOXA2 和 GLS1 为治疗靶点的治疗方案的开发提供启示。

部分内容

细胞培养和转染

人正常尿路上皮细胞系 (SV-HUC-1) 和 BCa 细胞系 (SW780、J82、5637、T24 和 UMUC3) 来自 Procell（武汉，中国）。SW780、J82 和 UMUC3 细胞在 DMEM 培养基中培养。SV-HUC-1、5637 和 T24 细胞分别在 Ham's F-12K、RPMI-1640 和 McCoy's 5?A 培养基中生长。所有培养基均添加了 10% FBS 和 1% P/S。转染时使用针对 FOXA2 (siFOXA2: F 5’-UUUAACAGCCACAACAAACGA-3’，R 5’-GUUUGUUGGCUGUUAAAUU-3’) 的 siRNA 和 GLS1 过表达载体

FOXA2 在 BCa 细胞中表达上调并调控谷氨酰胺代谢相关标志物

通过 qRT-PCR 和 Western blot 检测发现，FOXA2 在 5 种 BCa 细胞系 (SW780、J82、5637、T24 和 UMUC3) 中的 mRNA 和蛋白质水平高于 SV-HUC-1 细胞（图 1A-B）。随后，在 J82 和 T24 细胞中转染 siFOXA2 后，FOXA2 的 mRNA 和蛋白质水平降低（图 1C-D）。Western blot 用于检测 siFOXA2 对谷氨酰胺代谢相关标志物的影响，结果显示 FOXA2 的敲低降低了 SLC1A5 和 GLS1 的蛋白质水平，进而抑制了 GLS1 的活性

讨论

目前，BCa 的主要治疗方法是手术，但术后复发和转移仍对患者生存构成重大威胁 [30]、[31]。尽管放疗和化疗可以缓解 BCa 患者的症状并有一定效果，但它们伴有显著的不良反应 [32]。因此，有必要基于 BCa 的发病机制开发分子靶向治疗。本研究表明，FOXA2 可能促进谷氨酰胺代谢

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

资助

本研究得到了上海市青浦区卫生委员会的项目支持 (QWJ2022-06)。

CRediT 作者贡献声明

严伟：方法学、数据管理。李慧峰：写作 – 审稿与编辑、验证、研究、概念构思。全园：写作 – 初稿撰写、监督、资源获取、项目管理。刘博文：软件应用、数据分析。蒲金贤：写作 – 审稿与编辑、数据可视化、研究、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益冲突或个人关系。