PI3K-AKT信号通路介导的脂肪浸润在巨指（趾）症发生中的作用和调控机制

Macrodactyly is a congenital anomaly characterized by the enlargement of digits resulting from the overgrowth of adipose tissues. There is no effective treatment to cure the disease and the etiology is not known. We applied whole-exome sequencing to study the macrodactylous adipose tissue and identified a somatic mutation of PIK3CA (H1047R).Western blot shows that AKT phosphorylation is increased in the affected tissues, indicating activation of the PI3K-AKT pathway. We hypothesize that PIK3CA mutation-mediated AKT pathway plays a vital role in the development of macrodactyly. PIK3CA mutation has also been reported in diseases with adipose hyperplasia and some malignant tumors. In this study, we will confirm somatic mutations of PIK3CA and activation of the PI3K-AKT pathway in additional patients. The morphologic, molecular and cell differentiation properties of macrodactylous adipocytes will be studied to understand the impact of PIK3CA mutations. The 3T3-L1 pre-adipose cell line will be used as a cell model to investigate the effect and mechanism of PI3K/AKT signaling in macrodactyly, by overexpressing mutated PIK3CA, pathway blocking with various inhibitors and RNA interference. 3T3-L1 cell lines stably expressing PIK3CA mutations will be transplanted into nude mice, followed by examination of lipid formation and overgrowth. Rescue experiments using PI3K inhibitor LY294002 or mTOR inhibitor Rapamycin will be used to explore possible treatment of macrodactyly.

巨指（趾）症是由于脂肪组织过度增生导致的肢体异常肥大畸形，严重影响患者的外形及功能，常导致截肢的后果。我们前期对患者病变脂肪组织进行全基因组外显子测序，发现PIK3CA基因H1047R位点错义突变且磷酸化AKT水平明显上调，提示该突变激活了AKT信号通路。因此我们推测，PIK3CA点突变引起的AKT激活是导致巨指（趾）症发生的关键因素。尽管该突变曾在其它脂肪过度增生疾病中被报道，但致病机制不明。本研究拟扩大样本量验证PIK3CA在巨指症中的突变频率和类型；通过病变脂肪细胞特性研究，了解PI3K/AKT通路对脂肪细胞生物学行为的影响；然后以3T3-L1脂肪前体细胞系为模型，通过PIK3CA基因突变体过表达和阻断正反两个方向、体外和体内两个方面以及信号通路的多个水平，系统阐明PI3K/AKT通路在巨指症发生中的作用和机制；最后研究药物对疾病发生信号通路的抑制作用，为临床靶向治疗提供科学依据。

巨指(趾)症是由于组织过度增生导致的肢体异常肥大畸形，属于局限增殖性疾病，严重影响患肢者的外形及功能，常导致截肢的后果。前期研究表明，巨指（趾）症患者病变组织中存在PIK3CA体细胞激活性突变，PI3K/AKT通路发生过度激活。但这一通路的过度激活如何调控下游基因、病变细胞发生何种改变、靶向药物的治疗效果都还未被阐明。.本项目主要研究了巨指（趾）症脂肪间充质干细胞的生物学特性，巨指症病理性脂肪堆积、骨增生发病机制及靶向治疗的作用。.研究发现，巨指来源脂肪间充质干细胞细胞形态及细胞表面标志性分子未发生改变但增殖加快，成骨及成软骨能力增强，提示巨指来源细胞的生物学特性发生显著改变。巨指来源脂肪间充质干细胞成脂能力显著强于多指脂肪间充质干细胞，这与PI3K/AKT/mTOR通路过度激活相关，我们通过敲低PIK3CA表达，抑制PI3K/AKT/mTOR通路的激活，探究了该通路在巨指症病理性脂肪堆积发生中的重要作用。同是我们新发现了PI3K/AKT/mTOR下游调控成脂的关键基因E2F1，并对其在过度成脂中的作用进行了进一步验证。巨指症患者指体骨质增生明显，巨指来源骨髓间充质干细胞PI3K/AKT/mTOR通路存在过度激活，体外诱导成骨能力增加，在shRNA敲低PIK3CA后成骨能力显著降低，且成骨能力的过度激活能够被p110α的靶向抑制剂alpelisib显著抑制。通过转录组学分析，我们筛选出了PI3K/AKT/mTOR下游调控成骨的关键分子DLX5，并对其在成骨调控中的作用进行了探究。.综上所述，本研究阐释了PI3K/AKT/mTOR通路在巨指症骨增生、脂肪堆积中的重要作用；p110α的靶向抑制剂alpelisib的使用，为巨指症的靶向治疗提供了理论依据。同时发现了下游调控成脂、成骨的关键基因E2F1、DLX5，这将成为巨指症精准治疗的潜在靶标。