Core-1-O型聚糖黏蛋白缺陷诱导胃炎发生并介导慢性胃炎向胃癌转化的分子机制研究

Gastric cancer (GC) is one of the most common cancers worldwide, which is originated from gastric mucosal epithelial cells. The development of gastric cancer is a multistep process, and more and more studies have shown that inflammation is closely related to the occurrence of tumors. However, how gastritis is initiated and transformed to gastric cancer remains unclear. The gastric mucus gel layer that overlies the gastric epithelium functions as the gastric barrier to prevent hostile luminal factors such as gastric acid, digestive enzymes, and microorganisms from interfacing gastric tissues. The mucus layer consists primarily of mucins that are heavily O-glycosylated. Our recent studies demonstrate that mice lacking core 1-derived O-glycans develop spontaneous gastritis and gastric cancer, due to impaired mucus barrier function. However, how O-glycans mediate mucus barrier function and pathogenesis of spontaneous gastritis and gastric cancer remains unclear. In this study, we will go through a variety of in vivo and in vitro experiments such as H&E and immunofluorescence staining, Western blot, qRT-PCR, tissue culture, ELISA and cell culture to determine the function of core 1-derived O-glycans in homeostasis of gastric mucus barrier and pathogenesis of spontaneous gastritis and gastric cancer. This study will provide novel insights and important theoretical basis for exploring new therapeutic targets of human gastritis and gastric cancer in the future.

胃癌是起源于胃黏膜上皮细胞的恶性肿瘤。越来越多的研究表明炎症与肿瘤的发生关系密切。然而，胃炎是如何启动并转化为胃癌的仍不清楚。胃黏膜上皮细胞表面覆盖有结构致密的黏液层，是履行黏膜屏障功能的主要角色，其主要成分为O型聚糖黏蛋白。我们利用基因敲除技术构建了胃黏膜上皮细胞特异性core-1-O型聚糖敲除的小鼠模型，前期研究结果表明O型聚糖合成异常能够导致胃黏液屏障受损进而诱导胃炎及胃癌的发生。这些研究结果揭示了core-1-O型聚糖在胃炎及胃癌发生发展中的重要作用，然而其具体机制尚不清楚。本研究拟从体内及体外两个角度，从动物、组织、细胞、分子等多个研究水平设计实验，通过HE染色、免疫荧光染色、Western blot、qRT-PCR、细胞培养等多种实验方法，阐明胃黏蛋白O型糖基化异常修饰诱导胃炎发生并影响慢性胃炎向胃癌转化的分子机制，将为未来探索胃炎及胃癌临床治疗的新靶点提供重要的理论依据。

糖基化是一种常见重要蛋白翻译后修饰，其修饰对蛋白质的结构和功能有重要影响，主要包含N-型糖修饰和O-型糖修饰两种类型。胃黏膜上皮细胞表面覆盖有结构致密的黏液层，是履行黏膜屏障功能的主要角色，其主要成分为O型聚糖黏蛋白。研究表明，O型聚糖黏蛋白在胃炎和胃癌患者体内存在异常表达，其表达缺失与胃炎及胃癌的发生密切相关。O型聚糖黏蛋白异常能够导致胃黏膜上皮细胞内在功能缺陷并扰乱上皮内稳态功能。然而，O型糖基化异常在胃黏膜内稳态中的作用尚不清楚。.本课题运用基因敲除技术构建了胃黏膜上皮细胞特异性core-1-O型聚糖敲除的小鼠模型来研究胃黏蛋白O型糖基化在胃炎及胃癌发生发展中的作用及机制。通过HE染色组织学评分观察不同阶段GEC C1galt1-/-小鼠胃疾病的严重程度，明确O糖缺陷导致小鼠自发性胃炎及胃癌发生的生物学表型。通过Western blot检测小鼠胃组织中caspase1和11（CASP1/11）炎症小体通路相关蛋白的表达，ELISA检测胃组织培养上清液中IL-1β和IL-18的表达，明确O糖缺陷对GEC C1galt1-/-小鼠胃组织CASP1/11炎症小体通路活性的影响。通过PAS、UEA-1、Muc5AC及Muc1免疫荧光染色检测O糖缺陷对GEC C1galt1-/-小鼠胃黏液屏障的影响。通过广谱抗生素（Abx）及奥美拉唑（OME）处理GEC C1galt1-/-小鼠，探讨胃内微生物或胃酸是否为GEC C1galt1-/-小鼠胃疾病的驱动因素。通过免疫组化染色、Western blot检测临床组织样本中Tn抗原表达以及CASP1的活化情况，并分析其表达水平与临床病理资料的相关性。.研究结果表明，GEC C1galt1-/-小鼠表现出自发性胃炎的生物学表型，约80％的小鼠在1年左右进展为胃腺癌。GEC C1galt1-/-小鼠胃黏膜存在黏蛋白MUC5AC的表达缺陷，这与胃酸平衡受损有关。GEC C1galt1-/-小鼠自发性胃炎和胃癌的发生均与CASP1/11依赖的炎症小体的激活有关。敲除CASP1/11基因的GEC C1galt1-/-小鼠其胃炎和胃癌的进展速度变慢。在临床上胃癌患者中存在Tn抗原的表达和CASP1的激活，且与胃癌患者的肿瘤进展有关。这些结果揭示了O型糖基化在胃内环境稳态和保护胃黏膜免受CASP1介导的胃炎和胃癌的发生发展中起着关键作用。