CDS2调控VEGFa信号通路和血管组织发育的分子机理研究

VEGFa creates new vessels in embryonic development and organogenesis. Tumor cells apply similar strategy to adapt local vasculature for their metabolism and progression, thus anti-angiogenesis therapies help cancer patients survive. In your previous study, we identified CDP-diacylglycerol synthase 2 (CDS2) deficient zebrafish, carrying angiogenic specific defect and decreased VEGFa signaling activity. Recently, we found VEGFa overexpression in these fish does not rescue vascular deficit phenotype, but dramatically enhances vascular failure. We found VEGFa signaling contained unique sensitivity to the deficiency of CDS2-controlled PtdIns(4,5)P2 (PIP2) re-synthetic pathway. Without CDS2, sustained VEGFa stimulation causes gradual depletion of PIP2, which collapse of VEGFa signaling downstream and failure in vascular morphogenesis. From this discovery, we hypothesize: by inhibition on CDS2, we can trap tumors into a VEGFa-induced endothelial specific vascular collapse circuit: in CDS deficit condition, tumor-produced VEGFa triggers PIP2 depletion in endothelium and limits angiogenesis in tumor. The tumor, in turn, will naturally produce more VEGFa to reinforce angiogenesis, which further enhances the collapse of VEGFa signaling, and result in the blockage on tumorigenic angiogenesis and tumor progression.

VEGF信号在胚胎发育过程中主导血管组织的形成；肿瘤分泌VEGFa诱导周边血管长入其中以帮助其代谢和生长；因此，抑制血管新生有助于肿瘤治疗。CDP-diacylglycerol合成酶2 (CDS2)缺失突变斑马鱼在发育过程中血管组织特异性缺陷，表现为血管新生受阻和VEGFa信号减弱 （Pan et al. Blood, 2012)。我们最近的研究发现，在这种突变斑马鱼中表达VEGFa不但没有恢复血管新生受阻表型，反而加剧了血管组织的缺陷。我们进一步发现血管新生对受CDS2调控的磷脂酰肌醇(4,5)二磷酸（PIP2）再生通路存在特殊的依赖性，持续的VEGFa刺激会导致内皮细胞内PIP2含量剧减并最终终止VEGFa信号。由此我们设计：可以利用肿瘤分泌的VEGFa在肿瘤诱导血管新生的过程中，通过抑制CDS2构造一个内皮细胞特异的PIP2代谢陷阱，从而抑制肿瘤诱导的血管新生过程并实现肿瘤生长阻滞。

本项目研究过程中我们利用斑马鱼模型对CDS2调节VEGFa信号和血管组织发育的表型和分子机理进行了分析，建立了小鼠cds2内皮细胞特异性诱导敲除模型，分析了cds2缺失对视网膜血管形成的影响，通过肿瘤细胞皮下注射手段建立了小鼠TC-1和B16肿瘤模型，并探究了cds2缺失对肿瘤血管新生和肿瘤自身生长的影响。研究结果发现，在cds2缺失条件下，斑马鱼胚胎血管新生受阻程度受VEGFa刺激强度影响，即VEGFa刺激水平越高，血管新生阻断越严重。此外，cds2缺失条件下VEGFa刺激还影响了斑马鱼动静脉分化过程，其呈现为单根轴血管表型，但动静脉特征基因表达并未受影响。同时，microarray生物信息分析结果表明，在cds2缺失条件下，VEGFa信号的活化影响了许多血管内皮细胞特异基因的表达，如 tie2, lyve1b, klf2a等。在小鼠模型中，血管内皮细胞cds2的缺失影响了视网膜血管系统的形成，干扰了肿瘤血管新生过程，并且显著抑制了TC-1和B16肿瘤生长过程。已知肿瘤组织会分泌大量VEGFa诱导血管生成帮助其代谢和生长，目前阻断血管生长药物通常靶向VEGF或者其受体，这种机制容易被肿瘤分泌过量VEGFa或者VEGFa激活PIGFR等其他受体所抵消。在本项目中，我们开创性地利用了肿瘤微环境并通过靶向磷脂代谢酶类阻滞了肿瘤生长，这种方案不会被过多的VEGFa分泌所抵消，相反会增强治疗效果，这些发现为下一步的临床转化提供了有用的靶点和理论基础。在本项目支持下共发表高水平研究论文2篇，目前处于修回中1篇，准备投稿1篇，申请1项专利等待授权，另培养博士生4名。