细胞表型转变在小细胞肺癌恶性进展中的功能和机制研究

Small cell lung carcinoma (SCLC) is the most aggressive lung cancer subtype with the poorest prognosis. The 5-year-survival rate is less than 10%. The most prominent attributes of SCLC are rapid tumor growth and high invasive and metastatic potential, which contribute to low survival rate and poor prognosis. Since the molecular mechanisms underlying SCLC metastasis remains largely unknown, no effective therapeutic strategies were appilied in clinical treatment. Our previous studies have established SCLC mouse model with Rb, Trp53 conditional knockout, and produced a lot of SCLC tumor tissues and a series of primary cell lines. We found that SCLC tumors are quite heterogenous and NCAMhighCD44low/- population are significantly associated with malignant progression of SCLC. Moreover, this cell population may be transited from NCAMlowCD44high cells. Taking the advantage of SCLC mouse mode, this project will systematically study the characteristics and relationship of different cell types of SCLC, and illustrate the function and molecular mechanism of phenotypic transition during malignant progression and tumor metastasis. The results could reveal important genes involved in SCLC metastasis and may provide biomarkers for early diagnosis and potential targets for clinical treatment.

小细胞肺癌是恶性程度最高的肺癌亚型，患者的五年生存率小于10%。其最大的特点是生长迅速，侵袭转移能力强，而肿瘤转移正是导致小细胞肺癌死亡率高、预后差的主要原因。由于对小细胞肺癌转移过程的分子机理知之甚少，目前临床仍然缺乏行之有效的治疗手段。在前期工作中，我们建立了Rb, Trp53条件性缺失的小细胞肺癌小鼠模型，获得了大量的肿瘤组织和原代细胞系。进一步研究发现，NCAMhighCD44low/-细胞群与肿瘤的恶性进展密切相关，并且这群细胞很可能由NCAMlowCD44high细胞转变而来。基于此，本项目将从小鼠模型出发，系统研究小细胞肺癌中不同表型细胞的生物学特点和联系，阐明表型转变在肿瘤恶性进展和转移过程中的生物学功能和分子机理，发现在小细胞肺癌转移过程中发挥重要作用的信号分子，并进一步利用小鼠模型验证分子靶向治疗的可行性和有效性，为今后小细胞肺癌的临床诊断和治疗提供新的靶点和思路。

小细胞肺癌是恶性程度最高的肺癌亚型，患者的五年生存率小于10%。其最大的特点是生长迅速，侵袭转移能力强，而肿瘤转移正是导致小细胞肺癌死亡率高、预后差的主要原因。过去的几十年，研究者在对人类和小鼠小细胞肺癌肿瘤样本进行的原代培养时，发现体外培养的小细胞肺癌细胞可以以悬浮或贴壁两种状态生长，这两种截然不同的生长方式提示了小细胞肺癌肿瘤的异质性。但目前，我们对于这些异质性细胞的相互关系和功能还知之甚少。.在前期工作中，我们借助Rb, Trp53条件性缺失的小细胞肺癌小鼠模型，获得了大量的肿瘤组织，通过原代培养建立了一系列经典的悬浮细胞系（Classic NE cells, CNE）和贴壁的形态变异细胞系（Variant NE cells, VNE）。研究发现，某些VNE细胞在体内和体外都可以向CNE细胞发生转变，揭示了小细胞肺癌细胞的表型可塑性。与不可转变的细胞（transition-incompetent cells, TrICs）相比，可转变细胞（transition-competent cells, TrCCs）具有较弱贴壁能力，可以逃脱失巢凋亡，并且能够在锚定非依赖的情况下增殖生长。通过基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA），我们发现TGF-beta信号通路以及一些间叶细胞分子标记在TCCs中被上调。接下来，我们通过一系列的功能试验证实，TGF-beta信号通路在VNE到CNE转变过程中发挥着重要的作用。另外，我还揭示了CNE细胞群与小细胞肺癌的恶性进展密切相关，对小细胞肺癌转移起重要作用。通过TGF-beta受体显性负性结构域或者小分子药物抑制TGF-beta信号通路的活性后，VNE到CNE转变过程和肿瘤的转移能力均被削弱。此外，我们还发现临床肿瘤组织呈现NCAMhighCD44low/-的小细胞肺癌患者预后更差，进一步支持了CNE细胞与小细胞肺癌分恶性进展和转移密切相关。综上所述，我们的研究结果表明，VNE到CNE的转变是小细胞肺癌的细胞表型可塑性的体现，小细胞肺癌的转移则是其可塑性的功能性产物。在VNE到CNE转变中发挥重要作用的TGF-beta信号通路有可能作为临床小细胞肺癌治疗的潜在靶点。