口腔鳞癌细胞来源的GDF15通过TGF-β通路诱导CAFs形成及其促癌作用

The functions of GDF15 in cancers keep to be controversial. Our previous studies and the published papers from other investigators suggested that GDF15 supports OSCC. However, in some OSCC cell lines, the elevated expression of GDF15 has no any correlation to malignant behaviors. This phenomenon pushes us conjecture that GDF15 secreted from OSCC cells can induce the formation of cancer associated fibroblasts (CAFs) and indirectly promote growth of OSCC. The pivotal roles of TGF-β in recruitment and activation of BMSCs and fibroblast into CAFs have been demonstrated while as a member of TGF-β superfamily, GDF15 may play similar roles in this aspect. The recent documents further support this point. The aim of this proposal is to firstly explore the roles of GDF15 secreted from OSCC cells in the induced formation of CAFs and the improvement effect of CAFs formed by activation of GDF15 on OSCC growth. The underling mechanisms are also investigated. The effect of GDF15 on cancer homing of BMSCs and on transformation of fibroblasts or BMSCs into CAFs in OSCC has not been studied yet. The results of this study can further elucidate new mechanism by which GDF15 promote OSCC and provide a new direction for target therapy of OSCC.

GDF15在肿瘤中的多向性功能尚存争议，我们先前的研究结果及几乎所有的相关文献支持其在口腔鳞癌中起促癌作用。然而进一步研究却发现，部分细胞系高表达的GDF15与其恶性行为无关。我们思考其原因并提出癌细胞分泌GDF15通过诱导癌相关成纤维细胞（CAFs）形成间接促癌的假设。TGF-β在BMSCs向肿瘤归巢及CAFs形成过程中起关键作用，而GDF15属于该超家族一员；近期文献亦报道在前列腺癌和胃癌中GDF15可促进CAFs形成；这些为我们的推论提供了理论依据。本项目拟通过系列体内外实验，首次探讨口腔鳞癌细胞分泌的GDF15诱导CAFs形成，进而促进肿瘤发展的现象及机制。其中GDF15对BMSCs肿瘤归巢的影响未见报道，GDF15诱导成纤维细胞及BMSCs向CAFs转化的相关研究在口腔鳞癌尚属空缺。研究结果可进一步阐明GDF15在口腔鳞癌中促癌作用的新机制，为口腔鳞癌药物靶标研究提供新思路。

GDF15在肿瘤中的多向性功能尚存争议，在不同肿瘤的不同发展阶段，在不同的肿瘤细胞系发挥促癌或抑癌活性。因此提出，除对癌细胞的直接作用外，GDF15可以通过影响肿瘤微环境（TME）发挥促癌作用的假设并加以验证。本项目通过系列体内外实验，阐释GDF15对TME中不同来源间质细胞向CAFs转化过程的影响；分析TME免疫细胞对OSCC生物行为的影响及GDF15的作用，并探讨以CAFs为靶向或以GMSCs为靶向载体治疗肿瘤的可行性。.主要结果：1）GDF15对BMSCs有趋化及促增殖作用。2）GDF15促进成纤维细胞和BMSCs向CAFs转化。3）与体外实验中GDF15敲除后CAL27细胞增殖加快不同，体内GDF15敲除组肿瘤增长相对较慢；HGF及CAFs可以促进移植瘤生长，但在GDF15敲除后，其促癌作用减弱。4）意外发现BMSCs和GMSCs体内发挥抑制肿瘤生长的作用，并进一步发现IFN-β修饰增强了GMSCs的抑癌作用。5）作为TME免疫细胞之一，M1φ可促进肿瘤细胞增殖、迁移和血管形成， M1φ条件培养基可促进GDF15表达、分泌，并激活GDF15潜在受体ErB2的磷酸化及下游Akt-mTOR通路。6）M1φ的主要效应分子，低剂量TNF-a可促进肿瘤的血管生成，该作用与TNFR2-Akt-mTOR信号有关。7)姜黄素能通过靶向CAFs抑制肿瘤生长。.科学意义：1）GDF15是肿瘤研究领域热点之一。以往多聚焦于GDF15对肿瘤细胞本身的影响。本研究证实GDF15可募集MSCs并促进局部间充质细胞其向CAFs转化，表明GDF15影响TME是其重要的促癌机制之一。同时M1φ可提高肿瘤GDF15表达，并激活ErB2及其下游信号Akt-mTOR的磷酸化，表明TME调控GDF15表达是肿瘤发生发展的重要机制，为研究肿瘤细胞-微环境交叉对话及GDF15在其中发挥的作用提供了新思路。2）以MSCs为靶向基因载体是肿瘤研究的重要方向，但MSCs本身的促癌作用是该策略的障碍之一。本研究证实了GMSCs的抑癌作用，并证实IFN-β修饰的GMSCs对口腔鳞癌的治疗作用增强。提示其作为抗肿瘤因子基因载体的潜能。.以上结果说明，肿瘤来源的GDF15除对癌细胞本身的作用外，在肿瘤细胞-微环境交叉对话的网络中发挥重要作用，为口腔鳞癌的治疗提供了新的思路。