ER-EMT/CSC通路在大气细颗粒物有机组分致肺癌风险中的作用机制

Ambient fine particulate matter (PM2.5) has been known as human carcinogen of lung cancer. However, the toxic components and the underlying biological mechanisms are still unclear. The effect of estrogen receptor (ER) signaling pathway on the development of lung cancer has been confirmed. As the organic components of PM2.5 (Po) contain a variety of estrogen-like substances, ER signaling pathways may be involved in the mechanisms for lung cancer risk induced by Po. Firstly, we will analyze the chemical composition of Po from summer and winter PM2.5, to obtain basic data about estrogen-like substances in Po. Then we will establish the in vitro technology model to evaluate the activating effects of Po on different subtypes of ER. Furthermore, we will expose the human normal lung epithelial BEAS-2B cells and C57BL/6 mice to Po to establish the chronic model, and estimate the effects of Po on ER signaling pathways, epithelial-mesenchymal transition (EMT), lung cancer stem cell (CSC) properties and malignant behaviors of cancer at different time points. We aim to reveal the role of ER-EMT/CSC pathway in lung cancer risk induced by Po and further elucidate the toxic components and toxic mechanisms for PM2.5-induced lung cancer, and search possible biomarker based on ER pathway and CSC properties to promote health risk assessment of related groups.

作为一种明确的肺癌危险因素，大气细颗粒物（PM2.5）致肺癌风险的毒性组分和机制尚不清楚。雌激素受体（ER）信号通路在肺癌发生发展中的作用已被证实，含有多种环境雌激素类物质的PM2.5有机组分可能通过ER信号通路导致肺癌发生。本项目在前期基础上，首先对冬夏两季PM2.5有机组分进行化学组分分析，获得典型季节PM2.5有机组分中环境雌激素类物质含量与特征的基础数据；其次构建体外技术模型，定量评价PM2.5有机组分对不同亚型ER的激活作用；进一步建立PM2.5有机组分对人肺正常上皮BEAS-2B细胞的慢性暴露诱导模型和慢性整体动物暴露模型，在不同时间点从ER信号途径、上皮间质转化、肺癌干细胞和肿瘤恶性行为表型四方面，揭示ER信号引发的上皮间质转化和肺癌干细胞在PM2.5有机组分致肺癌中的作用，以阐明PM2.5肺癌风险的毒性组分及相关机制，并探索敏感的生物标志为PM2.5健康风险评价提供参考。

研究背景：.大气颗粒物（PM2.5）已经被明确为一种致癌的危险因素，但其中的致癌机制，尤其是颗粒物化学组分在其中的作用还不是很清楚。本研究以交通主干道附近收集的PM2.5提取有机组分（Po）作为受试化合物，从Po影响上皮间质转化、肺癌细胞干性、肿瘤恶性行为表型等方面，探讨Po诱导肺癌发生发展分子生物学机制，为完善PM2.5暴露致肺癌风险的理论基础提供实验依据。..主要研究内容：.1. Po暴露可以促进支气管上皮细胞恶性转化，上调支气管上皮细胞ERβ和IL-6的表达水平。Po暴露可以通过ERβ上调IL-6水平，进而促进支气管上皮细胞恶性转化。.2. Po暴露可以促进肺癌细胞（A549细胞）恶性表型，上调ERβ的表达水平，激活notch1信号通路。结合生物信息学分析发现，在Po暴露促进肺癌细胞恶性表型过程中，lncRNA loc107985872的差异表达最为显著，lncRNA loc107985872通过调控notch1信号通路在Po暴露促进肺癌细胞表型恶化中发挥重要作用。.3. Po暴露可以导致小鼠肺组织发生上皮间质转化和肿瘤干细胞特性获得，上调小鼠肺组织ERβ、notch1和Hes1蛋白水平。ERβ和notch1信号通路在Po暴露诱导小鼠肺组织发生恶性转化中发挥重要作用。.4. Po暴露可以诱导肺组织发生炎症反应，且雌性小鼠炎症反应严重程度显著高于雄性小鼠。肺组织ERβ在Po致雌性和雄性小鼠肺组织发生炎症反应及其性别易感性差异中发挥重要作用。..重要结果及其科学意义： .本研究首次发现ERβ参与PM2.5有机提取物致肺癌发生风险，为雌激素受体信号通路可以促进PM2.5影响肺组织健康效应这一科研假说提供理论依据；通过生物信息学分析联合体外试验，发现PM2.5有机提取物可以显著上调一种新型lncRNA（lncRNA loc107985872）表达水平，该lncRNA可以通过激活notch1信号通路促进肺癌细胞恶性表型，这一结果为后续的研究提供了候选靶点，也为表观遗传调节可以影响PM2.5所致的肺癌发生发展这一科研假说提供理论依据；通过动物暴露实验发现，Po吸入暴露小鼠可发生显著的肺部炎症反应，且在雌雄鼠间存在一定的差异，肺组织ERβ是导致这一差异的重要调控因子，为PM2.5所致肺癌发生性别差异及其分子生物学机制提供实验依据。