基于表观遗传修饰调控RARβ2介导的HPV转化细胞分化的作用机制

The cervical epithelial reserved cells (CERC) infect with high-risk human papillomvirus (HR-HPV), which leads to differentiation blockade and abnormal cell cycle after viral genome integrates into host genome, resulting squamous meteplasia, cervical intraepithelial neoplasia (CIN), and cervical carcinoma seriatim. Histone deacetylases (HDAC) binding to the promoters of specific genes and inhibiting these genes transcription via epigenetic modulation are the important molecular events in the process of cervical carcinogenesis induced by HR-HPV. HDAC inhibitors (HDAVi), therefore, have emerged as the potential therapeutic agents for multiple human cancers. RARβ2, as a tumor suppressor gene, play an important role in differentiation of epithelial cells, but is silent in HR-HPV transformed cells. Our previous data show that valproic acid (VPA) combined with all-trans retinoic acid (ATRA) can restore RARβ2 expression, resulting in enhanced anti-neoplastic activity in cervical cancer. In this study, we will investigate the efficiency of differentiation induced by VPA and ATRA in HR-HPV transformed cells with variant grade, and further explore the potential molecular mechanism. All of these results will probably offer a new therapeutic strategy for cervical cancer patients.

高危型人乳头瘤病毒(HR-HPV)感染子宫颈上皮储备细胞，使其分化成熟受阻，进入异常细胞周期，导致细胞转化以致形成宫颈癌。组蛋白脱乙酰化酶（HDAC）通过表观遗传修饰抑制正常功能基因的转录是HR-HPV感染细胞发生恶性转化的重要分子事件，因此，HDAC抑制剂（HDACi）作为一种新型靶向抗肿瘤药物而成为研究热点。RARβ2是上皮细胞维持正常分化程序的关键分子，也是一种重要的抑癌基因，在HR-HPV转化细胞其表达被抑制。课题组前期的研究发现，丙戊酸钠（VPA）能够显著提高子宫颈癌细胞RARβ2表达，与ATRA协同诱导肿瘤细胞分化而发挥抗肿瘤作用。在此基础上，课题组将进一步探讨HDACi调控RARβ2表达的分子机制，研究HDACi联合ATRA对不同病变时期HR-HPV转化细胞诱导分化作用，并阐明其重启转化细胞正常分化程序的调控节点，为阻断和/或逆转子宫颈癌前病变及子宫颈癌的治疗提供新的策略。

正常宫颈储备细胞（cervical epithelial reserved cells, CERC）经历分化程序，最终形成角化的鳞状上皮细胞脱落，完成宫颈上皮的不断更新。CERC表面的α6β4是高危型人乳头瘤病毒（high risk human papillomaviruses, HR-HPV）受体，HR-HPV感染CERC后，在致癌基因E6、E7的作用下，细胞分化成熟受阻、增殖异常，引发上皮内瘤变（cervical intra-epithelial neoplasia, CIN）及宫颈癌。RARβ2是上皮细胞维持正常分化程序的关键分子，也是一种重要的抑癌基因，在很多肿瘤细胞包括宫颈癌表达缺失。我们前期工作发现，组蛋白脱乙酰化酶抑制剂（HDACi）能显著上调宫颈癌细胞RARβ2表达。本项目试图通过不同病变程度的宫颈组织检测，分析表观遗传修饰异常与细胞分化相关基因表达谱及病变程度的关系，探讨HDACi对HR-HPV转化细胞RARβ2表达的调控机制，明确HDACi联合ATRA对CIN及宫颈癌的治疗作用及其分子机制，为宫颈癌防治提供新策略。研究结果发现，宫颈病变组织组蛋白乙酰化水平与RARβ2、E-cadherin、β-catenin的表达，及组织分化程度、淋巴结转移相关；HDACi联合ATRA显著上调RARβ2、P21和P53的表达，降低STAT3的磷酸化水平，进而导致宫颈癌细胞脱离细胞周期，进入细胞分化程序，使细胞增殖及集落形成能力降低，但细胞凋亡未见明显增加。ChIP结果证实，H3K9ac与RARβ2-RARE promoter区域结合，重启RARβ2表达；E-cadherin表达上调，募集β-catenin，通过PI3K/AKT通路上调细胞分化相关基因表达是其主要分子机制。Lenti-HPV16 E6、Lenti-HPV16 E7转染HaCaT细胞，3D培养建立CIN模型，建立荷瘤鼠模型和移植瘤模型，体内外实验验证HDACi联合ATRA重启RARβ2表达，协同促进病变细胞分化而发挥很好的治疗作用。本项目进一步完善了HR-HPV感染导致宫颈细胞病变的机制，发现了一种采用表观遗传修饰手段诱导细胞分化的、毒副作用低而效果明显的宫颈病变治疗策略，具有很好的临床应用价值。