LKB1通过负调控MMP1的转录抑制肺癌细胞侵袭的分子机制

Loss-of-function mutations of tumor suppressor gene LKB1 occur in 20%-30% non-small cell lung cancers. Study of mouse model of lung cancer indicated that LKB1 loss greatly promotes lung cancer invasion and metastasis, but the molecular mechanism remains largely unclear. Based on our previous finding that isogenic LKB1 stable knockdown lung cancer line showed higher invasiveness and increased mRNA and protein levels of Matrix Metalloproteinase 1(MMP1), we hypothesize that LKB1 inhibits lung cancer cell invasion through negatively regulating MMP1 transcription and decreasing its expression level. To test the hypothesis, using site-directed mutagenesis system, RNA interference, dual-luciferase reporter gene and Transwell assay, etc, the project will attempt to further confirm the negative regulation of MMP1 transcription mediated by LKB1 and focus on the in-depth investigations of its molecular mechanisms from the respects of modulation of MMP1 transcription factors by LKB1 and the crosstalk between LKB1 and MMP1 related signaling pathway, and illustrate that MMP1 functions as a key downstream molecule and mediates the higher lung cancer cell invasiveness promoted by LKB1 loss, thus providing new insights into the role of LKB1 as a tumor suppressor gene and future molecular target therapy.

抑癌基因LKB1在非小细胞肺癌中的失活突变率高达20%-30%。小鼠肺癌模型研究显示LKB1的缺失显著促进肺癌转移，但分子机制不明。我们发现，将LKB1表达下调，导致非小细胞肺癌细胞的侵袭能力增强，而且基质金属蛋白酶1（MMP1）的mRNA水平和蛋白水平显著升高。我们推测LKB1通过负调控MMP1的转录，降低MMP1表达，从而抑制肺癌的侵袭和转移。为证实该假说, 本课题在前期工作基础上，利用基因点突变、RNA干扰、双荧光素酶报告基因、Transwell等技术，进一步论证LKB1对MMP1转录的负调控，从LKB1对MMP1转录因子的调控以及LKB1与MMP1相关信号通路的crosstalk这两个层次，深入探讨LKB1负调控MMP1转录的分子机制，并阐明MMP1作为下游重要分子，介导LKB1缺失导致的肺癌细胞侵袭能力增强，从而赋予LKB1作为抑癌基因新的视角，为将来的分子靶向治疗提供新的思路。

LKB1是一个典型的抑癌基因，在肺癌中的突变率高达20%-30%。据文献报道，在Kras突变活化的小鼠肺癌模型中，LKB1的缺失显著促进肺部肿瘤的淋巴结和远处转移，但是其作用机制并不清楚。本课题发现，LKB1 knockdown 导致肺癌细胞侵袭增加。在分子水平上，LKB1 knockdown伴随着MMP1表达上调。过表达LKB1抑制MMP1水平。在肺癌患者的组织标本中，LKB1的表达与MMP1的水平呈负相关。LKB1下游激酶MARK，而不是AMPK介导LKB1对MMP1的调控作用。我们的研究为认识抑癌基因LKB1在肺癌侵袭中的作用提供了新的分子视角，并为将来肺癌的分子靶向治疗提供新的思路。此外，在原有的研究内容基础上，我们还有了新的让人兴奋的发现，从而对原有研究目标进行了深入和拓展。我们发现，LKB1可以通过下游激酶AMPK抑制ERK的磷酸化，从而揭示了LKB1/AMPK和 ERK信号通路的crosstalk。此外，我们的研究结果表明，LKB1通过下游激酶AMPK以p53依赖的方式上调 p21/WAF1的表达，进而抑制细胞生长，为认识LKB1的肿瘤抑制作用提供了新的分子视角。我们还在NSCLC中探讨了LKB1基因状态对mTOR抑制剂敏感性的影响。我们发现，LKB1失活不能增强NSCLC细胞对mTOR抑制剂的敏感性，mTOR抑制剂以PI3K依赖的方式反馈激活AKT信号通路，联合PI3K的小分子抑制剂可以显著提高NSCLC细胞对mTOR抑制剂的敏感性。在本项目的执行过程中，申请人以第一作者共发表SCI文章3篇，协助指导博士研究生两名，顺利完成研究目标。