低氧诱导因子-1（HIF-1）调控CXCR4表达在食管鳞癌侵袭转移中的作用及机制研究

Invasion and metastasis are main factors influencing the prognosis of patients with esophageal squamous cell carcinoma. Therefore, establishment of related early warning systems is of great significance to improve patient survival. Our previous studies showed that the constitutive expression of hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) is related to the proliferation, invasion, and metastasis of esophageal squamous cell carcinoma. Chemokine receptor 4(CXCR4) is significantly overexpressed in esophageal squamous cell carcinoma and the high expression of CXCR4 in these cells is related to epithelial-mesenchymal transition (EMT), invasion, and metastasis. As HIF-1 could up-regulate the expression level of CXCR4 under the hypoxia conditions, we hypothesize that it can promote the invasion and metastasis of esophageal squamous cell carcinoma through the expression regulation. Accordingly, the present work used the molecular biology and cell biology techniques to determine the potential effect and regulation mechanism of CXCL12/CXCR4 biological axis mediation in EMT and in the invasion and metastasis of esophageal squamous cell carcinoma at the cellular level, experimental animal model combing with clinical samples analysis. Global mapping of CXCR4 potential transcription factor binding sites was identified by gene expression profile microarray in these cells. The role of HIF-1 in regulating the expression CXCR4 was explored by the ChIP and Luciferase analysis. In conclusion, this study will obtain some reliable evidence of HIF-1 promting the invasion and metastasis of esophageal squamous cell carcinoma by regulating the expression of CXCR4, and further establish the theoretical and experimental bases to develop novel diagnostic indicators and drug targets to early diagnosis and treat esophageal squamous cell carcinoma.

侵袭转移是影响食管鳞癌患者预后的主要原因，因此，建立相关预警体系对提高患者生存具有重大意义。我们前期研究发现：低氧诱导因子-1（HIF-1）组成型表达于食管鳞癌细胞，与癌细胞增殖、侵袭迁移密切相关；CXCR4在食管鳞癌中显著高表达，且其表达与肿瘤上皮间质转化（EMT）和侵袭转移相关；缺氧环境下HIF-1可上调CXCR4的表达。本项目拟在前期研究基础上，采用分子生物学和细胞生物学实验手段，在细胞水平、实验动物模型和临床样本分析三方面阐明CXCL12/CXCR4轴在介导食管鳞癌EMT与侵袭转移中的潜在作用；基因表达谱芯片技术筛选CXCR4诱导食管鳞癌侵袭转移的重要效应分子和关键调控网络并进行验证；ChIP结合荧光素酶分析探讨HIF-1对CXCR4表达的调控作用，获取HIF-1通过CXCR4调控食管鳞癌侵袭转移的可靠证据，为发现食管鳞癌新的诊断指标和药物治疗靶标奠定理论和实验基础。

研究背景：.侵袭转移是影响食管鳞癌患者预后的主要原因，因此，建立相关预警体系对提高患者生存具有重大意义。我们前期研究发现：低氧诱导因子-1（HIF-1）组成型表达于食管鳞癌细胞，与癌细胞增殖、侵袭迁移密切相关；CXCR4在食管鳞癌中显著高表达，且其表达与肿瘤上皮间质转化（EMT）和侵袭转移相关；缺氧环境下HIF-1可上调CXCR4的表达。本项目拟在前期研究基础上，采用分子生物学和细胞生物学实验手段，在细胞水平、实验动物模型和临床样本分析三方面阐明CXCL12/CXCR4轴在介导食管鳞癌EMT与侵袭转移中的潜在作用；染色质共沉淀加启动子芯片分析技术筛选CXCR4诱导食管鳞癌侵袭转移的重要效应分子和关键调控网络并进行验证；ChIP结合荧光素酶分析探讨HIF-1对CXCR4表达的调控作用，获取HIF-1通过CXCR4调控食管鳞癌侵袭转移的可靠证据。.重要结果：.本课题研究发现CXCR4在食管鳞癌组织中较其正常组织中高表达，并且CXCR4 高表达与患者淋巴结转移和不良预后密切相关。体外功能实验结果表明，与对照组相比，CXCR4 表达水平降低后，食管鳞癌细胞的迁移、侵袭以及增殖能力减弱；当 CXCR4 表达水平升高后，食管鳞癌细胞迁移、侵袭以及增殖能力增强。动物实验结果显示，与对照组相比，CXCR4 表达水平降低后，食管鳞癌细胞体内肺转移和生长能力减弱。 CXCR4 拮抗剂 MSX-122 能显著减少癌细胞的肺转移能力。转录组测序结果提示，当 HIF-1α 表达下降，在下调基因中，CXCR4 差异倍数尤为显著，在常氧及乏氧条件下，下调 HIF-1α 时，食管鳞癌细胞中 CXCR4 表达均降低；上调 HIF-1α 时，食管鳞癌细胞中 CXCR4 表达升高。在经缺氧处理后，CXCR4 表达水平明显增加。siCXCR4 或 MSX-122 可减弱乏氧/HIF-1α 对食管鳞癌细胞迁移、侵袭能力的促进作用。双荧光素酶实验结果提示，HIF-1α 通过结合在 CXCR4 基因启动子 HRE 位点调节其转录表达。进一步免疫组化结果显示，在食管鳞癌组织中，HIF-1α 与 CXCR4 表达呈正相关。.重要意义：.该项目的实施，为临床探索新的食管鳞癌侵袭转移的预防和基因治疗靶点提供新的思路，为后续转化医学研究奠定基础。明确CXCR4作为食管鳞癌早期诊断标志物或药物靶标的潜在应用价值。