Inflammatory bowel disease is an important risk factor for colorectal cancer. We show that sphingosine-1-phosphate (S1P) produced by upregulation of sphingosine kinase 1 (SphK1) links chronic intestinal inflammation to colitis-associated cancer (CAC) and both are exacerbated by deletion of Sphk2. S1P is essential for production of the multifunctional NF-κB-regulated cytokine IL-6, persistent activation of the transcription factor STAT3, and consequent upregulation of the S1P receptor, S1PR1. The prodrug FTY720 decreased SphK1 and S1PR1 expression and eliminated the NF-κB/IL-6/STAT3 amplification cascade and development of CAC, even in Sphk2−/− mice, and may be useful in treating colon cancer in individuals with ulcerative colitis. Thus, the SphK1/S1P/S1PR1 axis is at the nexus between NF-κB and STAT3 and connects chronic inflammation and CAC.

Abstract p62/Sqstm1 is a multifunctional protein involved in cell survival, growth and death, that is degraded by autophagy. Amplification of the p62/Sqstm1 gene, and aberrant accumulation and phosphorylation of p62/Sqstm1, have been implicated in tumour development. Herein, we reveal the molecular mechanism of p62/Sqstm1-dependent malignant progression, and suggest that molecular targeting of p62/Sqstm1 represents a potential chemotherapeutic approach against hepatocellular carcinoma (HCC). Phosphorylation of p62/Sqstm1 at Ser349 directs glucose to the glucuronate pathway, and glutamine towards glutathione synthesis through activation of the transcription factor Nrf2. These changes provide HCC cells with tolerance to anti-cancer drugs and proliferation potency. Phosphorylated p62/Sqstm1 accumulates in tumour regions positive for hepatitis C virus (HCV). An inhibitor of phosphorylated p62-dependent Nrf2 activation suppresses the proliferation and anticancer agent tolerance of HCC. Our data indicate that this Nrf2 inhibitor could be used to make cancer cells less resistant to anticancer drugs, especially in HCV-positive HCC patients.

Abstract Sphingosine-1-phosphate (S1P) is a pleiotropic bioactive lipid mediator that promotes breast cancer progression by diverse mechanisms that remain somewhat unclear. Here we report pharmacologic evidence of a critical role for sphingosine kinase 1 (SphK1) in producing S1P and mediating tumor-induced hemangiogenesis and lymphangiogenesis in a murine model of breast cancer metastasis. S1P levels increased both in the tumor and the circulation. In agreement, serum S1P levels were significantly elevated in stage IIIA human breast cancer patients, compared with age/ethnicity-matched healthy volunteers. However, treatment with the specific SphK1 inhibitor SK1-I suppressed S1P levels, reduced metastases to lymph nodes and lungs, and decreased overall tumor burden of our murine model. Both S1P and angiopoietin 2 (Ang2) stimulated hemangiogenesis and lymphangiogenesis in vitro, whereas SK1-I inhibited each process. We quantified both processes in vivo from the same specimen by combining directed in vivo angiogenesis assays with fluorescence-activated cell sorting, thereby confirming the results obtained in vitro. Notably, SK1-I decreased both processes not only at the primary tumor but also in lymph nodes, with peritumoral lymphatic vessel density reduced in SK1-I–treated animals. Taken together, our findings show that SphK1-produced S1P is a crucial mediator of breast cancer–induced hemangiogenesis and lymphangiogenesis. Our results implicate SphK1 along with S1P as therapeutic targets in breast cancer. Cancer Res; 72(3); 726–35. ©2012 AACR.

Bile acids have been shown to be important regulatory molecules for cells in the liver and gastrointestinal tract. They can activate various cell signaling pathways including extracellular regulated kinase (ERK)1/2 and protein kinase B (AKT) as well as the G-protein-coupled receptor (GPCR) membrane-type bile acid receptor (TGR5/M-BAR). Activation of the ERK1/2 and AKT signaling pathways by conjugated bile acids has been reported to be sensitive to pertussis toxin (PTX) and dominant-negative Gα(i) in primary rodent hepatocytes. However, the GPCRs responsible for activation of these pathways have not been identified. Screening GPCRs in the lipid-activated phylogenetic family (expressed in HEK293 cells) identified sphingosine-1-phosphate receptor 2 (S1P(2) ) as being activated by taurocholate (TCA). TCA, taurodeoxycholic acid (TDCA), tauroursodeoxycholic acid (TUDCA), glycocholic acid (GCA), glycodeoxycholic acid (GDCA), and S1P-induced activation of ERK1/2 and AKT were significantly inhibited by JTE-013, a S1P(2) antagonist, in primary rat hepatocytes. JTE-013 significantly inhibited hepatic ERK1/2 and AKT activation as well as short heterodimeric partner (SHP) mRNA induction by TCA in the chronic bile fistula rat. Knockdown of the expression of S1P(2) by a recombinant lentivirus encoding S1P(2) shRNA markedly inhibited the activation of ERK1/2 and AKT by TCA and S1P in rat primary hepatocytes. Primary hepatocytes prepared from S1P(2) knock out (S1P(2) (-/-) ) mice were significantly blunted in the activation of the ERK1/2 and AKT pathways by TCA. Structural modeling of the S1P receptors indicated that only S1P(2) can accommodate TCA binding. In summary, all these data support the hypothesis that conjugated bile acids activate the ERK1/2 and AKT signaling pathways primarily through S1P(2) in primary rodent hepatocytes.

Sphingosine 1-phosphate (S1P), a potent sphingolipid mediator produced by sphingosine kinase isoenzymes (SphK1 and SphK2), regulates diverse cellular processes important for breast cancer progression acting in an autocrine and/or paracrine manner. Here we show that SphK1, but not SphK2, increased S1P export from MCF-7 cells. Whereas for both estradiol (E2) and epidermal growth factor-activated SphK1 and production of S1P, only E2 stimulated rapid release of S1P and dihydro-S1P from MCF-7 cells. E2-induced S1P and dihydro-S1P export required estrogen receptor-α, not GPR30, and was suppressed either by pharmacological inhibitors or gene silencing of ABCC1 (multidrug resistant protein 1) or ABCG2 (breast cancer resistance protein). Inhibiting these transporters also blocked E2-induced activation of ERK1/2, indicating that E2 activates ERK via downstream signaling of S1P. Taken together, our findings suggest that E2-induced export of S1P mediated by ABCC1 and ABCG2 transporters and consequent activation of S1P receptors may contribute to nongenomic signaling of E2 important for breast cancer pathophysiology. Sphingosine 1-phosphate (S1P), a potent sphingolipid mediator produced by sphingosine kinase isoenzymes (SphK1 and SphK2), regulates diverse cellular processes important for breast cancer progression acting in an autocrine and/or paracrine manner. Here we show that SphK1, but not SphK2, increased S1P export from MCF-7 cells. Whereas for both estradiol (E2) and epidermal growth factor-activated SphK1 and production of S1P, only E2 stimulated rapid release of S1P and dihydro-S1P from MCF-7 cells. E2-induced S1P and dihydro-S1P export required estrogen receptor-α, not GPR30, and was suppressed either by pharmacological inhibitors or gene silencing of ABCC1 (multidrug resistant protein 1) or ABCG2 (breast cancer resistance protein). Inhibiting these transporters also blocked E2-induced activation of ERK1/2, indicating that E2 activates ERK via downstream signaling of S1P. Taken together, our findings suggest that E2-induced export of S1P mediated by ABCC1 and ABCG2 transporters and consequent activation of S1P receptors may contribute to nongenomic signaling of E2 important for breast cancer pathophysiology.