具核梭杆菌诱导黏着斑组分泛素化增强细胞迁移能力在结直肠癌肝转移中的作用研究

Colorectal liver metastasis (CLM) is the major cause of mortality in patients with colorectal cancer (CRC). The pathogenic role of gut microbiome in CRC is currently investigated by growing body of studies. Recently, a Gram negative anaerobic bacteria, named Fusobacterium nucleate, Fn, is found accumulated in colorectal cancer tissues and exert oncogenic functions. Previous studies from our group confirmed that infections of Fn is significantly associated with tumorigenesis and poor clinical outcome in CRC patients. Moreover, we revealed mechanisms underlying aggressive biological and clinical phenotype of Fn in CRC. We subsequently found Fn is more enriched in patients with CLM, and colocretal cancer cells with Fn infection displayed more aggressive phenotype. Interestingly, proteomics profile demonstrated Fn can cause ubiquitination of focal adhesion (FA) associated proteins. We therefore hypothesized that Fn can induce ubiquitination and degradation of specific FA associated proteins, and promote assembly and re-assembly of FA, leading to the enhancement of migration and invasion, consequently contributing to the liver metastasis. This project aims to decipher the molecular mechanisms underlying Fn promotes CLM by a serial of in vitro and in vivo approaches, and the results of this study may provide therapeutic targets for the management of patients with CLM.

结直肠癌肝转移是导致肠癌患者死亡重要原因之一。肠道微生态紊乱作为肠癌发生重要环境因素正日益受到国内外研究机构关注；近年来，一种革兰氏阴性专性厌氧菌―具核梭杆菌（Fusobacterium nucleate, Fn）发现可随肠上皮细胞“腺瘤→癌”发生过程逐渐蓄积，并发挥促癌效应。申请者前期证实了Fn感染与肠癌发生、发展及临床预后的密切关系，并揭示其促肠癌分子机理。申请者后续研究又发现Fn在肠癌肝转移患者粪便中进步富集；而体外Fn感染肠癌细胞后侵袭能力显著提高；与此同时，蛋白组学研究也指出Fn可调控一类黏着斑相关蛋白泛素化。据此，申请者提出假设：Fn可活化肠癌细胞内特异泛素化系统，加快黏着斑解聚与组装的周转速度，增强细胞运动能力，促进肠癌肝转移。本项目以肠道致病菌为切入点，拟利用分子生物学、细胞功能学及动物实验，解析具核梭杆菌在肠癌肝转移中分子机制，为临床缓解、防治肠癌肝脏转移提供研究靶点。

【背景和目的】：结直肠癌肝转移是导致肠癌患者死亡重要原因之一。肠道微生态紊乱作为肠癌发生重要环境因素正日益受到国内外研究机构关注；近年来，一种革兰氏阴性专性厌氧菌―具核梭杆菌（Fusobacterium nucleate, Fn）发现可随肠上皮细胞“腺瘤→癌”发生过程逐渐蓄积，并发挥促癌效应，本研究拟研究Fn在肠癌肝转移的关系中分子机制，为临床缓解、防治肠癌肝脏转移提供研究靶点。【主要研究内容】：本项目分别从具核梭杆菌促进肠癌肝转移的临床及功能表型研究、具核梭杆菌调控黏着斑相关蛋白泛素化及促进黏着斑周转的机制、干预具核梭杆菌感染延缓肠癌肝转移的临床前期研究开展研究。【重要结果、关键数据】：1）粪便及组织具核梭杆菌DNA含量随着疾病的发生发展逐步增加，且其含量与肠癌肝转移、淋巴结转移、肿瘤浸润程度高度相关。2）具核梭杆菌感染肠癌细胞HCT116、SW480后可显著增强其细胞增殖、转移和侵袭能力。同时小鼠“经脾肝转移”模型也显示具核梭杆菌感染肠癌细胞可明显增肝脏成瘤能力。3）具核梭杆菌感染肠癌细胞后可通过增强蛋白稳定性，增强黏着斑相关蛋白SDC4、Paxillin 及 Talin表达及黏着斑的形成。4）研究发现具核梭杆菌可调控E3连接酶RNF182，调控黏着斑相关蛋白降解。5）免疫共沉淀及突变体构建揭示SDC4的N端是RNF128与SDC4相互结合的主要结构域。6）研究发现与具核梭杆菌感染影响肠癌肝转移相关的转录因子HOXD10在细胞增殖、转移和侵袭、化疗药物耐药方面起到重要作用。7）通过裸鼠“经脾肝转移”模型，明确纠正肠道微生态、杀灭具核梭杆菌，并联合 TLR4 抑制剂对肠癌细胞肝转移抑制的疗效。8）课题组研发了快速检测方法，用于结直肠癌患者血清外泌体检测，并发现具核梭杆菌感染患者血清外泌体显著高于对照组。【科学意义和临床应用前景】：本研究从泛素化修饰调控黏着斑相关蛋白，并影响细胞运动，勾勒出具核梭杆菌促肠癌肝转移的机制作用图，阐明候选关键因子促进肠癌肝转移的催化剂效应。通过体外动物实验，我们发现纠正肠癌患者肠道微生态失衡，补充益生菌或辅以正确抗生素杀灭具核梭杆菌，可能成为未来延缓肠癌肝转移的重要治疗模式之一。此外，通过建立肠癌血清外泌体快速法，可准确快速诊断肠癌患者，尤其是具核梭杆菌感染患者，为疾病早期预防提供有力工具。