波形蛋白介导的上皮间质转化在结直肠溃疡-肿瘤转化中的作用及机制研究

Abundant evidence reveals links between wound healing and a cancerous tumor growth in a variety of common epithelial tumors. Understanding the pathobiology of wound healing-cancer transition would provide new strategies for prevention and therapeutics of chronic wound related cancer. We have recently reported that vimentin modulates signaling pathways of epithelial to mesenchymal transition (EMT), a key process during wound repair and cancer progression. In this project, in order to test the hypothesis that vimentin is associated with the inflammatory environment and tumorigenesis in the colon, we use a colitis-associated colorectal cancer model (CAC) induced by azoxymethane and dextran sodium sulfate to compare the tissue damage, colitis, and associated tumor incidence in speed, size, numbers, grade and EMT status between vimentin knockout mice and wild type mice. Furthermore, this project will identify EMT signaling molecules including upstream inflammatory cytokines, transcription factors and downstream kinases which are dysregulated in mouse colon without vimentin. The EMT candidate proteins will be verified in vitro using human colon cancer cell lines and the molecular mechanisms between vimentin and the confirmed EMT signaling molecules will be clarified. Altogether, this project will provide evidence and reference data for the clinical prevention and treatment of CAC.

慢性难愈伤口是很多上皮细胞来源肿瘤发生的基础和发展的催化剂，因此阐明伤口溃疡向肿瘤转化的病理生理机制将为临床肿瘤防治提供新策略。本课题组之前发现波形蛋白(vimentin)在伤口愈合，组织修复和肿瘤中的上皮间质转化(EMT)信号转导中发挥了关键性作用。本课题联合应用化学致癌剂AOM与致炎剂DSS来建立小鼠结肠炎相关性结肠癌模型，模拟临床上由长期循环往复的溃疡性结肠炎引起结肠肿瘤的形成过程。通过比较波形蛋白敲除小鼠和野生型小鼠在肠道伤口修复不同时期的结肠损伤炎症和肿瘤情况，来确证波形蛋白是机体抗溃疡-肿瘤转化的重要内源性蛋白的假说。本课题还将通过在体实验筛选溃疡-肿瘤转化过程中波形蛋白相关的EMT通路上游炎性细胞因子、转录因子和介导EMT信号转导的激酶分子，并在体外结肠癌细胞系中阐明这些EMT靶分子与波形蛋白相互作用的具体分子机制，为临床溃疡相关性结直肠癌的靶向治疗中的实际应用提供科学依据。

大量流行病学调查发现，在各种常见的上皮肿瘤中存在伤口愈合和肿瘤生长之间的联系。很多消化道癌症和其他肿瘤直接由局部损伤溃疡炎症发展而来，并且一些肿瘤的产生也与慢性炎症相关。因此探究慢性伤口愈合机制，慢性溃疡向癌症转化的病因病机，将会为预防治疗肿瘤提供思路。本研究项目使用高通量的基因芯片和蛋白质芯片，利用基因组学和蛋白质组学的办法来筛选结直肠癌的溃疡-肿瘤转化的早期疾病标记物。并通过多种研究模型，比如VIM-/-小鼠结肠炎相关性结肠癌模型、动物皮肤损伤模型、皮肤移植模型等，同时结合外泌体靶向递送策略，在体内外进行了靶点的验证、发病机制的深入研究、以及验证了组织修复治疗的效果。经过开展相关研究，我们成功建立了小鼠溃疡相关性结直肠癌模型，并在体内验证了波形蛋白能够抑制溃疡相关性结直肠癌发生发展，以及在体内外分别论证了波形蛋白抑制溃疡-肿瘤转化的分子机制，并且还证实了高表达波形蛋白的外泌体能够促进皮肤创伤修复。我们利用建立的基于波形蛋白的细胞和3D早期损伤炎症模型,细胞组织模型和生物影像学定性定量模型筛选到几种功能纳米纤维素可以作为生物墨水进行3D打印，发现可以促进伤口愈合。 此外，我们还发现PD-L1外泌体能够通过抑制过度的免疫反应来促进伤口愈合，而共表达PD-L1/CTLA-4双靶点的纳米囊泡以及携带有雷帕霉素的PD-L1纳米囊泡能促进皮肤移植修复，创新性地揭示了PD-L1外泌体和类外泌体具有新颖的免疫抑制功能，并且能够通过免疫检查点通路来抑制过度的免疫炎症反应，有效促进组织修复。总之，我们的研究证实了波形蛋白无论是在伤口愈合还是在促进肿瘤发生的过程中都扮演着重要的角色，参与维持细胞和组织的稳态，在创伤修复愈合过程中能够抑制过度的炎症反应以及肿瘤的发生和发展，并且我们开拓了高表达免疫检查点分子的外泌体作为免疫抑制剂的应用前景，为临床上治疗皮肤溃疡修复和严重炎症相关疾病提供了新的思路。