纳米金粒子通过TGF-β信号通路抑制结肠癌肝转移的机制研究

Liver metastasis is one of the leading causes of death in colon cancer. TGF-β signaling pathway plays an important role in the development and progression of colon cancer. The application of gold nanoparticles (AuNPs) to the management of cancer is currently the new breakthrough in cancer research. However, the role of AuNPs on tumor growth and metastasis in colon cancer and the mechanism by which AuNPs regulate tumor growth and liver metastasis in colon cancer are unclear. Our preliminary in vitro experiment provided evidences that AuNPs inhibit tumor proliferation and migration, and significantly reduce the secretion of TGF-β and inhibit the expression of downstream signaling factors. In addition, we proved that AuNPs inhibit tumor growth and down-regulate TGF-β signaling of colon cancer in vivo, through a TGF-β inducible bioluminescence animal model. The objective of this project is to elucidate the role of AuNPs in colon cancer growth and liver metastasis, through three colon cancer cell lines, isolating and culturing human cancer cells derived form colon cancer liver metastasis, and orthotopic colon cancer and liver metastasis animal models. Smad4, an important transduction factor of the TGF-β signaling pathway, will be overexpressed or knockdown to explore the molecular mechanism by which AuNPs regulate colon cancer liver metastasis. This study will provide new idea and theoretical evidence for the treatment of colon cancer liver metastasis.

肝转移是结肠癌的主要死亡原因之一，TGF-β信号通路在结肠癌发生发展中具有重要作用。纳米金粒子(AuNPs)的应用是现代肿瘤研究的突破点。然而,AuNPs对结肠癌生长和转移的作用及其分子生物学机制尚不清楚。申请者的前期研究发现，AuNPs可降低结肠癌细胞中TGF-β分泌及下游信号表达，抑制结肠癌细胞增殖与迁移；同时，AuNPs抑制TGF-β诱导的结肠癌体内生物成像动物模型中的TGF-β信号通路,并抑制肿瘤的生长。本课题拟利用结肠癌细胞系、人结肠癌肝转移瘤原代细胞培养、结肠癌原位种植及肝转移模型，探讨AuNPs对结肠癌肝转移的作用，并通过干扰TGF-β通路主要调控基因Smad4研究其分子生物学机制，为结肠癌肝转移的治疗提供新思路和理论依据。

纳米金粒子(gold nanoparticles, AuNPs)用于肿瘤的诊断与治疗是肿瘤研究的重要领域，其优势体现在：1、对人体无害；2、检测手段方便；3、灵敏度高。然而,AuNPs对结肠癌生长和转移的作用及其分子生物学机制尚不清楚。AuNPs易与富含硫基和氨基的分子结合，因此可以通过改变含半胱氨酸和赖氨酸的蛋白结构和功能而发挥生物学效应，起到治疗肿瘤的作用。TGF-β是由二硫键连接而成的同二聚体，在结肠癌的发生发展中起着关键作用。结合预实验结果，我们推断AuNPs可能通过影响TGF-β的结构和功能来发挥生物学效应，抑制结肠癌肝转移发生。. 本研究以TGF-β诱导的荧光酶素活性的结肠癌细胞系建立，结肠癌肝转移模型，以及敲减或过表达TGF-β通路主要调控基因Smad4建立的细胞系为主要研究方法，得出以下主要结果。（1）AuNPs抑制结肠癌细胞TGF-β分泌，并下调TGF-β信号通路下游报告基因的表达。 （2）体外实验显示AuNPs抑制结肠癌增殖、侵袭与转移；体内实验提示AuNPs抑制结肠癌成瘤及肝转移发生。（3）AuNPs通过影响TGF-β分泌，抑制非Smad通路多个因子的磷酸化，包括ERK、P38 MAPK和AKT；继而下调VEGF的表达而抑制肿瘤血管形成，并通过调节E-Cadherin和Vimentin表达抑制肿瘤EMT的发生。（4）在Smad4敲减的结肠癌细胞中，AuNPs对以上非Smad通路因子的作用更为显著。（5）构建TGF-β诱导的荧光酶素活性的结肠癌细胞系（CT26 IND和MC38 IND）成功用于成瘤与肝转移模型，通过TGF-β受体抑制剂处理小鼠，结果显示这一模型可以在体内直接监测肿瘤的发展和TGF-β通路激活情况。. 以上研究结果提示：AuNPs通过TGF-β/ERK通路抑制EMT的发生而抑制结肠癌肝转移；AuNPs通过TGF-β/P38 MAPK或PI3K/AKT通路抑制肿瘤血管形成而抑制结肠癌的生长和肝转移；Smad4缺失的结肠癌由于非Smad通路的激活对AuNPs的处理更为敏感。. 这些研究结果为AuNPs治疗结肠癌提供理论依据，为临床前试验的开展，联合用药以及有效人群的筛选奠定基础。