HMGB1乙酰化在恶性间皮瘤中的作用及机制研究

As a rare type of cancer that occurs in the pleura or peritoneum, malignant mesothelioma (MM) is mainly caused by the asbestos exposure. High mobility group box 1 (HMGB1), which promotes the chronic inflammation and MM, is an inflammatory mediator released by the asbestos induction. The abundant expression of HMGB1 and its hyper-acetylated form is common in the serum of the MM patient. In addition, the acetylation modification is highly associated with the nuclear translocation and the extracellular release of HMGB1 in tumor tissue. To further investigate the mechanism of HMGB1 acetylation and its biological function, the acetylation sites will be identified by the co-immunoprecipitation method combined with the mass spectrometry analysis; the role HMGB1 acetylation plays on the nuclear translocation will also be studied. The CRISPR/Cas9 system will also be used to further study the biological function of HMGB1 acetylation in the MM progression on cellular level. Signaling pathway specific inhibitors will be applied to investigate the function of PARP-SIRT interaction and JAK/STAT signaling pathway in the regulation of the HMGB1 acetylation. The patient-derived-xenograft (PDX) animal model will be employed to, study the anti-tumor activity of acetyltransferase, PARP and/or JAK inhibitors on MM. This study may further reveal the biological function and the underlying mechanism of the HMGB1 acetylation in MM progression, which would provide the insight of a novel target for MM therapy.

恶性间皮瘤是原发于胸腹膜的罕见肿瘤，其主要致癌物为石棉。我国是石棉消费大国，恶性间皮瘤呈明显上升趋势。我们前期研究表明，高迁移率蛋白1（HMGB1）是石棉诱导产生的炎症介质，促进慢性炎症和恶性间皮瘤发生、发展；恶性间皮瘤患者血清中HMGB1水平上调且高度乙酰化，肿瘤组织中HMGB1核转位及胞外释放与乙酰化修饰密切相关。为进一步阐明HMGB1乙酰化的调控机制及生物学功能，本课题拟利用免疫沉淀结合质谱技术，鉴定恶性间皮瘤中HMGB1乙酰化位点及其对核转位的作用；利用CRISPR/Cas9技术，探索HMGB1乙酰化对恶性间皮瘤的生物学功能；利用信号通路抑制剂，探索PARP-SIRT交汇作用和JAK/STAT信号通路调控HMGB1乙酰化的机制；利用PDX模型，探讨乙酰化酶、PARP和JAK抑制剂对恶性间皮瘤的抑制作用。本项目将明确恶性间皮瘤HMGB1乙酰化的作用及机制，为分子靶向治疗提供新思路。

恶性间皮瘤是一种罕见且预后极差的恶性肿瘤，其发生与石棉暴露相关。由于中国在上世纪50-70年代大量石棉消耗，且该肿瘤的潜伏期长达20-60年，预计恶性间皮瘤会在 2015-2030年高发。同时，恶性间皮瘤发病早期特征隐匿，导致误诊率高，多数患者因确诊时已是晚期而错过最佳治疗阶段，使预后不佳。因此，探索恶性间皮瘤的新诊治靶标极为重要。课题组前期研究发现HMGB1与恶性间皮瘤发生发展相关，可作为潜在诊治靶点。为推进其临床应用，该课题进一步阐述了HMGB1的作用机制以及寻找通过抑制HMGB1乙酰化以有效抑制恶性间皮瘤增殖的药物。第一部分中通过多组学方法分析临床组织样本/血浆样本得到恶性间皮瘤中HMGB1的乙酰化水平和位点；挖掘到多数非HMGB1的诊断标志物，为临床间皮瘤的诊治提供新方向和理论依据；创新建立基于超声引导取材的恶性间皮瘤PDX模型策略，并进一步获得了恶性间皮瘤PDX和PDC模型，为后续机制和药物研究提供重要的模型基础。第二部分分析了一系列乙酰化相关酶对HMGB1的调控机制，发现SIRT1能够影响HMGB1的核转位与恶性间皮瘤的增殖，以及发现HDAC1、BAP1能与HMGB1结合形成三聚体，抑制HMGB1的乙酰化以及胞外释放，为HMGB1作为临床治疗恶性间皮瘤靶标提供理论依据。第三部分证实HMGB1通过调控细胞代谢（包括自噬、氨基酸代谢等）、靶基因的转录（包括SLC7A5、AURKA、UHRF1等）、以及免疫细胞（包括T细胞、M2巨噬细胞和中性粒细胞）对恶性间皮瘤的发生发展起促进作用，进一步完善恶性间皮瘤中HMGB1的作用机制，为临床治疗提供新思路。第四部分中考察了乙酰化抑制剂、激活剂等对恶性间皮瘤的影响，并通过筛选药物库挖掘到许多对恶性间皮瘤的增殖有明显抑制效果的药物（包括熊果酸、玫瑰树碱、木犀草素、阿司匹林等），并发现阿司匹林能够抑制由HMGB1促使的恶性间皮瘤增殖。综上所述，课题组在该研究阐明了HMGB1乙酰化对恶性间皮瘤发展的重要性，挖掘了该蛋白上下游的多条调控机制，检测并筛选到了多个能抑制恶性间皮瘤生长的药物，为临床恶性间皮瘤的诊治提供创新思路和理论基础。