ニコチンアミドN-メチルトランスフェラーゼは、代謝リプログラミングとWarburg効果の促進により、ヒト食道扁平上皮癌における5-フルオロウラシル感受性を低下させる

Nicotinamide N-methyltransferase decreases 5-fluorouracil sensitivity in human esophageal squamous cell carcinoma through metabolic reprogramming and promoting the Warburg effect.

• Yanyan Cui
• Dawei Yang
• Wenjie Wang
• Luyu Zhang
• Hongtao Liu
• Shanshan Ma
• Wenna Guo
• Minghao Yao
• Kun Zhang
• Wencai Li
• Yanting Zhang
• Fangxia Guan

抄録

食道扁平上皮癌（ESCC）は予後不良の一般的な悪性腫瘍である。そして、同じ薬剤でも個人によって反応が異なる。腫瘍細胞の薬剤感受性には代謝リプログラミングが関与していることを確認するエビデンスが増えてきた。しかし、5-フルオロウラシル（5-FU）感受性の潜在的な分子機構は、ESCC細胞ではまだ解明されていない。本研究では、TE1細胞の5-FU感受性がEC1細胞やECa109細胞よりも低いことを明らかにした。ガスクロマトグラフィー-質量分析の結果、これら3つの細胞株では、ニコチン酸とニコチンアミドの代謝とトリカルボン酸サイクルが有意に異なることが明らかになった。また、ニコチン酸・ニコチンアミド代謝の鍵を握る酵素であるニコチンアミドN-メチルトランスフェラーゼ（NNMT）は、TE1細胞ではEC1細胞やECa109細胞に比べて有意に高発現していた。そこで、5-FU感受性に対するNNMTの機能をin vitroおよびin vivoで解析した。その結果、NNMTのダウンレギュレーションはTE1細胞において5-FU感受性を有意に増加させた。一方、NNMTをノックダウンしたTE1細胞では、グルコース消費量と乳酸産生量が減少し、解糖関連酵素であるヘキソキナーゼ2、乳酸脱水素酵素A、ホスホグリセリン酸ムターゼ1の発現が低下していた。また、EC1 細胞と Eca109 細胞では、NNMT の過剰発現が逆の効果をもたらした。さらに、2-デオキシグルコースで解糖を阻害すると、5-FU感受性に対するNNMTの役割は弱まった。また、NNMTをノックダウンすると、5-FUに対する感受性が有意に上昇し、Warburg効果が抑制されることがin vivo実験で明らかになった。以上の結果から、NNMTはWarburg効果を促進することでヒトESCC細胞の5-FU感受性を低下させることが示され、NNMTがESCCにおける臨床化学療法の治療効果の予測に寄与する可能性が示唆された。

Esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is a common malignant tumor with poor prognosis. And different individuals respond to the same drug differently. Increasing evidence has confirmed that metabolism reprogramming was involved in the drug sensitivity of tumor cells. However, the potential molecular mechanism of 5-fluorouracil (5-FU) sensitivity remains to be elucidated in ESCC cells. In this study, we found that the 5-FU sensitivity of TE1 cells was lower than that of EC1 and Eca109 cells. Gas chromatography-mass spectrometry analysis results showed that nicotinate and nicotinamide metabolism and tricarboxylic acid cycle were significantly different in these three cell lines. Nicotinamide N-methyltransferase (NNMT), a key enzyme of nicotinate and nicotinamide metabolism, was significantly higher expressed in TE1 cells than that in EC1 and Eca109 cells. Therefore, the function of NNMT on 5-FU sensitivity was analyzed in vitro and in vivo. NNMT downregulation significantly increased 5-FU sensitivity in TE1 cells. Meanwhile, the glucose consumption and lactate production were decreased, and the expression of glycolysis-related enzymes hexokinase 2, lactate dehydrogenase A, and phosphoglycerate mutase 1 were downregulated in NNMT knockdown TE1 cells. Besides, overexpression of NNMT in EC1 and Eca109 cells caused the opposite effects. Moreover, when glycolysis was inhibited by 2-deoxyglucose, the roles of NNMT on 5-FU sensitivity was weakened. In vivo experiments showed that NNMT knockdown significantly increased the sensitivity of xenografts to 5-FU and suppressed the Warburg effect. Overall, these results demonstrated that NNMT decreases 5-FU sensitivity in human ESCC cells through promoting the Warburg effect, suggesting that NNMT may contribute to predict the treatment effects of the clinical chemotherapy in ESCC.

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