目的肿瘤细胞能在乏氧微环境中生存并维持不断增殖,其内的代谢结构势必发生重编程。如果能有效阻断乏氧相关代谢途径或可抑制肿瘤生长,但是对肿瘤细胞代谢重编程的具体机制仍不清楚。我们希望通过探索肿瘤细胞在乏氧和线粒体功能障碍时发生的代谢重编程,揭示其最根本的机制,并试图通过阻断相关代谢途径达到抑制肿瘤生长的目的,并为今后的肿瘤代谢研究提供有价值的参考。方法1.利用稳定同位素示踪的代谢组学分析,研究不同肿瘤细胞在乏氧和线粒体功能障碍时代谢产物的变化,并揭示这两种条件下肿瘤细胞发生的重要代谢重编程;2.利用CRISPR/Cas9技术,在肿瘤细胞上敲除脯氨酸合成代谢中的关键酶-P5CS,并以此为模型研究脯氨酸合成代谢在乏氧和线粒体功能障碍时对肿瘤细胞代谢重编程的影响;3.研究脂质合成抑制剂干扰肿瘤细胞的代谢情况,并在敲除P5CS的He La以及4T1细胞的模型上联合脂质合成抑制剂,研究脯氨酸合成代谢与脂肪酸合成代谢对肿瘤细胞的影响及机制,并验证乏氧脯氨酸与脂肪酸合成代谢对肿瘤细胞增殖的影响;4.利用CRISPR/Cas9技术构建条件性基因敲除P5CS小鼠模型,并与MMTV-Py MT小鼠杂交,研究观察P5CS敲除基因小鼠自发瘤对生存时间的影响;将P5CS敲除小鼠自发形成的瘤块接种到裸鼠腹股沟皮下,研究敲除P5CS,并结合脂质合成抑制剂研究对肿瘤的影响,进一步验证脯氨酸与脂肪酸合成代谢对肿瘤生长的意义。结果1.乏氧和线粒体功能障碍时,肿瘤细胞中葡萄糖有氧糖酵解明显增加,而进入三羧酸循环明显减少;葡萄糖来源的3-磷酸甘油合成增加;2.乏氧和线粒体功能障碍时,肿瘤细胞中谷氨酰氨起始的脯氨酸生物合成和脂质合成代谢增加;3.乏氧和线粒体功能障碍时,肿瘤细胞会优先选择谷氨酰胺的还原羧化代谢途径;谷氨酰胺起始的脂质合成增加;4.乏氧和线粒体功能障碍时,肿瘤细胞优先利用非氧化磷酸戊糖途径;5.乏氧和线粒体功能障碍时,肿瘤细胞内NADH堆积,驱动了谷氨酰胺来源的脯氨酸合成和脂质合成代谢,以消耗电子,维持肿瘤生长;6.乏氧时,谷氨酰胺起始的脯氨酸和脂质合成代谢之间相互代偿,并且发现同时抑制两者合成可以协同抑制体内及体外的肿瘤生长。结论研究通过稳定同位素示踪的代谢组学分析研究肿瘤细胞的代谢重编程,发现在乏氧条件下由谷氨酰胺起始的脂质合成和脯氨酸合成途径活性升高,并在消耗电子的过程中发挥了重要作用,为了肿瘤细胞的快速增殖,而优先选择减少电子生成和促进电子消耗的代谢途径;乏氧情况下电子的堆积驱动了谷氨酰胺起始的脯氨酸的生物合成和脂质合成,并且抑制脂质合成和脯氨酸合成存在相互促进的作用,证明这两条途径可能有潜在相互替补的功能。同时抑制脯氨酸和脂质合成这两个消耗电子的代谢途径可以协同抑制体内和体外肿瘤的生长。表明联合抑制脂质合成和脯氨酸合成能协同提高肿瘤治疗效果。研究结果揭示了代谢重编程的化学机制,为肿瘤治疗提供了新的潜在联合治疗靶点。