放化疗条件下基质细胞DNA损伤分泌程序的分子调控机制和对癌症复发、转移的功能性影响

Despite various clinical treatments, majority of tumor patients have to face with a grim fact: recurrence and metastasis. Although modern anticancer therapies that select DNA as the major target including chemotherapy and radiation which are among current clinical mainstream can kill a large number of cancer cells, the stroma of primary foci is inevitably destroyed simultaneously and a typical cell-nonautonomous DNA damage secretory program (DDSP) is provoked. Such a response eventually forms an activated tumor microenvironment, conferring significant resistance on tumors, but its roles in disease recurrence and metastasis remain unclear. Some signal pathway-associated molecules including H2AX、ATM、p38、NF-κB and mTOR can influence the development of secretory phenotype; however, their mediatory roles in the whole DDSP cascade signaling is elusive. We propose to utilize the tumor microenvironment comprising prostate cancer epithelial cells and primary stromal cells as a research tool, to elucidate the molecular regulation mechanisms of DDSP and examine the critical nodes and signal network of the intracellular pathways. Further, we want to apply transgenic and xenograft mice as preclinical models to establish the biological evolution rules of cancer cells in the activated tumor microenvironment during chemotherapy/radiation. As such, our study will determine pathological significance of tumor microenvironment in disease occurrence and development particularly recurrence and metastasis, and provide inspiring scientific clues and theoretical references for precise and efficient clinical intervention including but not limited to tumor resistance manipulation and combinational therapies.

以DNA损伤为目的且作为临床主流使用的放化疗等现代抗癌疗法虽在早期能杀死大量癌细胞，但病灶内的基质组织也被同时破坏并启动一种典型的、细胞非自主性的DNA损伤分泌程序（DDSP）。该反应最终形成活化的肿瘤微环境，赋予肿瘤以显著耐药性，然而在疾病复发转移中的作用并不清楚。H2AX、ATM、p38、NF-κB和mTOR等在内的一批信号通路相关分子可以影响分泌表型的发展，但其在整个DDSP级联信号通路中的介导作用尚不明朗。我们以前列腺上皮癌细胞和原代基质细胞构成的肿瘤微环境为研究工具，阐明DDSP的分子调控机制，确定细胞通路中的关键节点和信号网络；并以转基因和移植瘤小鼠为预临床模型探讨在抗癌过程中残存的癌细胞于活化的微环境影响下的生物学演化规律。该项目将确定肿瘤微环境对于疾病发生、发展，尤其是疗后复发、转移的病理学意义，为肿瘤的耐药性控制、组合式治疗等精确高效的临床干预提供重要科学线索和理论依据。

肿瘤患者即便经过治疗，依然面临着复发、转移和提前死亡的风险。多年来作为主流使用的放化疗等传统抗癌疗法虽在早期能杀死大量癌细胞，但病灶内的基质组织也被同时破坏并在DNA损伤分泌程序(DDSP)驱动下逐渐发展成为一种典型的衰老相关分泌表型(SASP)。作为一种细胞非自主性反应，SASP最终形成活化的肿瘤微环境，赋予肿瘤以显著耐药性，但临床中缺乏可以精确靶向SASP并将其阻滞在发展阶段的有效靶点。数据表明，相比于临床常用的非基因毒药物如长春碱、紫杉烷类，直接或者间接性导致DNA损伤的各类烷化剂、铂类等化疗药物或者基于γ射线的放疗方式，可以在造成细胞衰老的同时，高频激发细胞的SASP表型。DNA损伤性药物导致细胞衰老，而基质细胞表达谱中居于第一位的Zscan4具有介导急性胁迫反应ASAP向SASP过渡并逐渐放大的关键作用。在实体瘤患者中，化疗后阶段病灶组织内Zscan4显著上调，且集中体现于腺体周边的基质细胞。Zscan4在组织中的表达水平越高，临床患者预后越差。进一步的研究发现在急性阶段发生活化的TAK1可以在胞质中激活p38，后者通过 PI3K/Akt/mTOR信号通路，激活IL-1α/NF-kB这一前馈环，进而使SASP炎症反应进一步级联放大。我们在随后的研究中基于移植瘤和转基因小鼠模型，建立了化疗药物和SASP抑制剂构成的组合式治疗方案，后者有效引起肿瘤消退。相比于以往报道的各种SASP药物，我们发现TAK1抑制剂5Z-7-OX提供的治疗效果更加显著，且能延长负瘤小鼠的有效生存期。该项研究提供了促进临床肿瘤学实现精准化和个性化的新思路和治疗靶标。 .临床压力下微环境内出现大量因药物损伤而衰老的细胞群，实际上是产生多种促炎因子的活跃源泉。其中一种名为SPINK1的可溶蛋白通过基质细胞高度合成与胞外释放，源源不断进入受损的微环境空间，改变残存癌细胞多种表型并促使其获得多药耐药性，从而导致临床治疗抵抗。大数据分析表明，循环血液中SPINK1蛋白含量的动态变化，同患者生存密切相关，可以作为将来临床预后与疗效评价的精确指标，为提高临床医学抗癌成功率提供了新型靶点和判断依据。