Characterization of glycolytic metabolism of oesophageal carcinomas and evaluation of its potential as therapeutic target

Abstract

Tumour cells exhibit a preference for glycolytic metabolism for energy production, even in the presence of oxygen, a phenomenon denominated “Warburg effect”. Tumours have high glycolytic rates leading to an increase in lactate produced, which is transported to the tumour microenvironment via monocarboxylate transporters (MCTs), thus contributing to increased proliferation, migration and survival of tumour cells. The role of MCTs is poorly understood in esophageal cancer. The main objectives of this work are to explore the role of MCTs in this type of cancer, by characterizing their expression in oesophageal carcinoma tissues and correlate their expression with metabolic markers and assess the clinical-pathological impact; and to characterize the expression of MCTs and metabolic markers in oesophageal squamous cell carcinoma cell lines and the effects of MCT down-regulation evaluating cell viability and glucose consumption and lactate efflux. To achieve our objectives, we performed a detailed characterization of the expression of MCTs and other metabolic markers in a clinical series of two histological types of esophageal cancer, oesophageal squamous cell carcinoma (OSCC) and oesophageal adenocarcinoma (OAC). Expression of MCTs was subsequently correlated with CD147 and with clinical data. Then a metabolic characterization of squamous cell carcinoma cell lines of the esophagus was performed and the effect of inhibition of MCTs in these cell lines was evaluated by levels of biomass and cellular metabolism. This study showed that tumour location and age are important factors for low survival in adenocarcinoma. Gender is a factor of low survival for esophageal carcinoma. It also showed that the expression of MCT1 and MCT4 in the plasma membrane is more evident in squamous cell carcinoma than in adenocarcinoma and that for squamous cell carcinoma, MCT4 and CA IX can be considered prognostic factors for low survival. In vitro studies have shown that the dual silencing of MCT1 and MCT4 leads to a decrease in cell viability but had little effect on glucose consumption and lactate production. However, further studies will be needed to observe what this dual inhibition may cause in proliferation and migration. Only in this way will it be possible to know if MCTs could be rational therapeutic targets for use in this type of cancer. The results obtained in this study intend to contribute to a better understanding of role of MCTs, and to open new therapeutic possibilities for esophageal cancer.

As células tumorais recorrem ao metabolismo glicolítico para a produção de energia, um fenómeno conhecido como “Efeito de Warburg”. Os tumores apresentam elevadas taxas glicolíticas levando a um aumento do lactato produzido, que é transportado para o microambiente tumoral através dos transportadores de monocarboxilatos (MCTs), contribuindo assim para um aumento da proliferação, migração e sobrevivência das células tumorais. O papel dos MCTs é pouco esclarecido em cancro de esófago. Os objetivos deste trabalho consistem em explorar os MCTs neste tipo tumoral, caracterizando a sua expressão em tecidos e correlacionar a sua expressão com marcadores metabólicos e avaliar o impacto clinico-patológico, caracterizar também a expressão dos MCTs e de marcadores metabólicos em linhas de carcinoma escamoso do esófago e ver os efeitos da inibição dos MCTs avaliando a viabilidade celular, o consumo de glicose e produção de lactato. De forma a alcançar os nossos objetivos, primeiro foi realizada uma caracterização detalhada da expressão dos MCTs e outros marcadores metabólicos numa série clínica de dois tipos histológicos de cancro de esófago, o carcinoma escamoso do esófago (OSCC) e o adenocarcinoma do esófago (OAC). A expressão dos MCTs foi posteriormente correlacionada com a CD147 e com os dados clínicos. Foi feita a caracterização metabólica de linhas celulares de OSCC e observado o efeito da inibição dos MCTs nessas linhas celulares ao nível da biomassa e metabolismo celular. Este trabalho evidência que a localização tumoral e a idade são fatores importantes para a baixa sobrevivência no OAC, já o gênero, é um fator de baixa sobrevivência para o OSCC. Também demonstrou que a expressão do MCT1 e do MCT4 na membrana plasmática é mais evidente no OSCC do que no OAC e que para este mesmo subtipo histológico o MCT4 e o CAIX podem ser considerados fatores de prognostico para uma baixa sobrevivência. Estudos in vitro, demonstram que o silenciamento duplo do MCT1 e do MCT4 levam a uma diminuição na viabilidade celular, no entanto pouco afetam o seu consumo de glucose e produção de lactato. No entanto, serão necessários mais estudos para observar o que esta dupla inibição poderá provocar a nível da proliferação e migração, só assim se poderá saber se os MCTs poderão ser um possível alvo terapêutico para ser usado neste tipo de cancro. Os resultados obtidos neste estudo pretendem contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos de ação dos MCTs, e abrir novas possibilidades terapêuticas para o cancro do esófago.