基于转录网络确证血管内皮细胞迁移的核心调控因子

To reveal the association relationship between cell phenotype and biological molecules is one of the basic questions of life sciences. Finding genes mediating cell responses to external stimuli and phenotypic changes is the basis for understanding the molecular regulation mechanism of cell phenotype switch. Recent studies have shown that targeting VEGF / VEGFR pathway of tumor anti-angiogenesis therapy will cause endothelial cell dysfunction or death, resulting in great side effects and toxicity. In order to reduce the toxicity and side effects of anti-VEGF / VEGFR therapy, scientists are finding new alternative methods for cancer treatment. In preliminary studies, we found that endothelial cell migration, an important process of angiogenesis, the specific phenotype distinguished from of the body resting vascular endothelial cells - caused many genes differentially expressed ，such as VEGF / VEGFR, Notch/DLL4 et al. In this project, utilizing the joint strategy of molecular biology, cellular biology and bioinformatics, we intend to construct the transcriptional network based on transcriptional profiling of human umbilical vein endothelial cell migration, by the new strategy of network analysis to find core regulators initiating vascular endothelial cell migration phenotype switch. Then, we study and validate the role of the core regulators in endothelial cell migration and tumor angiogenesis in human tumor specimens and in vitro gene transfection experiment. Our study will offer network-based candidate multi-targets for tumor anti-angiogenesis therapy. We shall research disease-related biological molecular network construction and analysis, and do in-depth analysis of the molecular mechanisms of endothelial cell migration. This project has important scientific value and potential application.

靶向VEGF/VEGFR通路的肿瘤抗血管新生疗法，会引起机体内皮细胞功能失调或死亡，导致极大的副作用。为了降低抗VEGF/VEGFR疗法的副作用，科学家们正在为其寻找新的替代途径。在前期研究工作中，我们发现血管新生的重要过程、区别于静息状态血管内皮细胞的特化表型-细胞迁移涉及VEGF/VEGFR、Notch/DLL4等多基因的差异表达。本项目拟以人脐静脉血管内皮细胞迁移过程中转录谱差异为研究对象，提出网络分析这一研究新策略，基于转录网络寻找内皮细胞迁移表型切换的核心调控因子，并以人体肿瘤组织样本和体外基因转染等实验，确证核心调控因子在细胞迁移和肿瘤血管新生中的作用。运用细胞生物学联合生物信息学的方略，为肿瘤抗血管新生疗法提供基于网络的多向候选靶标。既面向疾病相关生物分子网络的构建与分析这一重要科学问题进行实践研究，又针对血管内皮细胞迁移的分子机制进行深入分析，有重要科学价值和潜在应用前景。

在病理情况下, 如肿瘤, 会出现血管生长调控紊乱。当既存血管提供的营养和氧不能满足肿瘤的迅速生长和侵袭时, 肿瘤会产生促血管新生相关因子，改变局部微环境, 形成新生血管。在血管新生相关信号分子的诱导下，静息状态的内皮细胞被活化，在出芽最前端的顶端细胞保持高度的迁移活性，伸出大量伪足探索环境，能够引领血管出芽，是血管新生的关键事件, 也是新生血管形成的基础；紧随在之后的是高度增殖的柄细胞，延长柄部, 形成管腔, 构建血液循环管道。因此，迁移、增殖和静息三种表型对于血管新生的发生发展至关重要。采用高密度接种和血清饥饿法制备静息表型，低密度接种和血清培养法制备增殖表型，Boyden小室法制备迁移表型。利用基因芯片分析法在全基因组范围内筛选三种不同表型差异基因。生物信息学分析，根据基因的生物过程分类， FBS诱导的迁移表型中差异表达基因与静息表型相比，上调基因主要参与细胞死亡，磷酸盐代谢和血管新生等生物过程；下调基因主要参与转录调节，RNA代谢和GTP酶活性的调节等生物过程。VEGF诱导的迁移表型中差异表达基因与静息表型相比，上调基因主要参与固醇的生物合成和代谢，脂质合成等生物过程；下调基因主要参与转录调控和胚胎发育的前后胚轴图式形成等生物过程。不同诱导因子获取的迁移表型差异基因为研究单因素和多因素的迁移诱导方式提供了潜在的研究方向。网络拓扑学分析确定了关键基因排序，对排名前5位的候选基因进行验证。其中Creb1、Vegfa、Pax6和Notch1与文献相符，说明了预测方法的可行性；经人脐静脉内皮细胞迁移模型的实时定量PCR检测，证实Notch、VEGF、PDGF和ROBO通路参与调控内皮细胞迁移表型。转录因子Sox2在迁移-增殖细胞联合网络中处于枢纽位置，但尚未见其参与血管新生的文献报导。目前的Sox2报导集中于干细胞和肿瘤方面。Sox2在内皮细胞动态迁移过程中的表达，与时间存在相关性。以Sox2 + Notch +Angiogenesis+ Transcriptional network为检索式，在pubmed中未检索到类似研究；实验证实转录因子Sox2在血管新生阶段均发挥重要调控作用。Sox2调控Notch通路；Notch通路介导血管新生。本研究结果可为提高抗癌、抗肿瘤血管生成治疗效率指出新方向。