新型生长抑制因子BDGI诱导的细胞自噬在乳腺癌发生中的作用及其机制研究

Growth inhibitors are well known to play an important role in tumor suppression. Bone marrow stromal cell-derived growth inhibitor (BDGI) is a growth inhibitory factor originally identified and cloned by our group (GenBank #AY037158), with known functions in suppressing human breast cancer cell growth via induction of cycle arrest and apoptosis. Our preliminary data indicate that BDGI is able to promote autophagy and such inducible autophagy serves as a pro-survival mechanism in protection of cancer cells against cell death. Moreover, we also have evidence indicating that BDGI-mediated autophagy is regulated by a JNK-dependent pathway independent of mechanistic target of rapamycin (mTOR). In this proposed study, we aim to systematically study the effect of BDGI on autophagy by modulation of BDGI level in human breast cancer cells (with over expressed and knockdown BDGI stable cells) and to understand the biological function of such autophagy in breast cancer cells, using both cell culture and nude mice xenograft model. Moreover, we will investigate the molecular mechanisms underlying BDGI-mediated autophagy by focusing on the roles of JNK and Bcl-2. Finally, we will compare the BDGI expression level in human breast cancer tissues and adjacent normal tissues and establish the association with the autophagic markers and tumor development stages. Taken together, results from this study will provide novel evidence in understanding the important function of BDGI in tumor suppression and support the development of novel anti-cancer approaches by targeting BDGI-mediated autophagic process.

生长抑制因子具有潜在的抗肿瘤作用，骨髓基质细胞来源的生长抑制因子（BDGI）是本课题组克隆的新型生长抑制因子，可通过诱导凋亡和细胞周期阻滞抑制乳腺癌细胞的生长，但其确切机制尚不明了。我们最新研究结果显示BDGI能诱导乳腺癌细胞的自噬，且该自噬可抵抗饥饿导致的细胞死亡，BDGI诱导的自噬是通过和JNK与Bcl-2相关的mTOR非依赖途径。本项目拟在此基础上，建立过表达及knockdown BDGI的乳腺癌稳定细胞株，进一步研究BDGI对细胞自噬的诱导作用及自噬在乳腺癌发生中所扮演的角色，阐明BDGI诱导自噬的信号转导途径和相关分子机制，同时建立裸鼠乳腺癌模型（同鼠双侧肿瘤对照模型）、收集临床标本，通过内、体外实验明确BDGI的表达水平、自噬程度与肿瘤发生发展间的关系。该项目的完成有望揭示BDGI的生理、病理功能以及BDGI抗肿瘤的确切分子机制，为开发新的抗肿瘤药物和寻找治疗靶分子提供思路。

项目背景：BDGI是本课题组于2005年首次报道的新型生长抑制因子。有研究显示生长抑制因子具有潜在的抗肿瘤作用。而我们早期的实验发现，BDGI 能诱导乳腺癌细胞的自噬，且该自噬可抵抗饥饿导致的细胞死亡。因此，本项目主要研究了BDGI对细胞自噬的调控作用及其相关分子机制，并对BDGI与肿瘤的关系进行了探讨。.研究内容：研究BDGI对细胞自噬的调控作用，以过表达BDGI的MCF-7细胞与knockdown BDGI的HeLa细胞为研究对象，观察BDGI对自噬的调控作用；研究BDGI介导细胞自噬的信号转导途径及其相关分子机制。用p53野生型（tp53+/+）和p53缺失（tp53-/-）的HCT116细胞作为研究对象，验证p53与BDGI的相互作用关系，并对自噬相关基因进行检测，寻找与BDGI直接作用的靶基因；研究BDGI诱导的自噬在肿瘤细胞生长中的作用。以MCF-7为研究对象，观察BDGI诱导的自噬对压力状态下肿瘤细胞存活的影响。.关键数据：首先，在MCF-7细胞中过表达BDGI，LC3-II蛋白上调，GFP-LC3斑点数增加，CQ联合处理后，进一步增加；而在HeLa细胞中沉默BDGI后，得到相反结果；Etoposide处理可显著增加BDGI mRNA水平，且该效应在tp53-/-细胞中被抑制；BDGI和p53在核内存在共定位；Etoposide增加p53，p21，BDGI蛋白水平的同时，LC3-II上调，p62下调，该现象在tp53-/-细胞中被逆转；Etoposide诱导的GFP-LC3斑点数在BDGI沉默后有所减少； BDGI调控ATGL1的表达，且两者存在明显共定位；饥饿处理或DNA损伤引起的细胞死亡在BDGI过表达后减少，相反，敲低BDGI后细胞死亡增加。.科学意义：我们发现BDGI能够显著诱导细胞自噬的发生。机制研究显示，p53可能是BDGI的上游调控基因，活化的p53能显著增加BDGI的表达；BDGI与ATG16L1相互作用，从而调控细胞自噬的发生。功能研究发现，BDGI诱导的细胞自噬能够促进压力状况下肿瘤细胞的存活。上述研究结果为我们了解BDGI的功能提供了新的线索，为BDGI作为抗肿瘤药物提供了新的思路和策略，提示我们要更好地发挥BDGI的抗肿瘤活性，还需考虑与自噬抑制剂联合使用。