肝癌干细胞标记分子PITX2促进肝癌发生发展的机制

Tumors are organized in a hierarchy of heterogeneous cell populations. Cancer stem cells are a small population of those cells which have the capability to maintain tumor formation/growth. Extensive research showed that liver cancer stem cells and hepatoblast in liver development shared many common properties. In our study, hepatoblast was acquired using an in vitro hepatic differentiation from embryonic stem cell model. We found that PITX2 was expressed at a high level in hepatoblast, but not expressed in mature liver cells and upregulated in liver cancer tissues. Our preliminary results found that the expression of PITX2 in clinical samples was significantly associated with tumor stage, differentiation, metastasis and recurrence. Functional assays showed that PITX2 overexpression could promote liver cells proliferation, migration, invasion and self-renew abilities. Molecular studies implied that PITX2 could up-regulate the expression of stemness-related genes. Therefore, we proposed that PITX2 was a driver gene which played an important role in liver cancer development and progression. Our future research will focus on four points: (1) to investigate the clinical importance of PITX2 expression in a large cohort of liver cancer tissues; (2) In vivo and vitro function assays of PITX2 will performed in more liver cell lines; (3) to investigate the roles of PITX2 in liver cancer stem cells; (4) to clarify the molecular mechanisms of PITX2. Our studies will provide a potential efficient therapeutic target in HCC treatment.

癌症干细胞是肿瘤形成、生长和转移的重要原因。肝癌干细胞与胚肝发育过程中的肝母细胞有许多共性。我们利用胚胎干细胞定向诱导成肝细胞的体外模型获得肝母细胞，并找到一种在肝母细胞中高表达，在正常肝细胞中无表达，而肝癌组织中表达上调的基因PITX2。预实验结果发现该基因在临床样本中的表达与肿瘤分级、分化以及转移复发密切相关。过表达PITX2能促进肝细胞的增殖、迁移侵袭和自我更新能力，并能上调一些干性相关的基因。我们推测PITX2是重要的肝癌干细胞相关基因，是肝癌发生发展过程中的重要启动基因。我们的研究将围绕：1.分析PITX2表达情况的临床意义；2.在多种肝细胞系中验证PITX2在肝癌发生发展过程中的作用；3.阐明PITX2与肝癌干细胞之间的关系；4.揭示PITX2调控干性相关信号通路的分子机制。最终为癌症诊治提供更高效的技术方法。

研究背景：肝癌与其他很多癌症一样，积累了大量调控自我更新、细胞生长和分化基因的突变。肿瘤研究领域广泛认为基因突变的积累导致了肿瘤的发生。 肝脏细胞中长期存在的、具有更长生命周期和增殖潜能的细胞，如：肝脏组织干细胞，则更有可能积累细胞增殖与分化相关的有害突变，从而使肝脏组织干细胞转变成肝脏癌症干细胞。目前很多研究指出肝癌干细胞具有与胚胎肝母细胞很多相同的特性。.研究内容：我们通过胚胎干细胞定向诱导成肝细胞的体外模式获得了胚胎干细胞、内胚层细胞、肝母细胞和类肝细胞。结合体外肝脏分化模型和两个配对肝细胞癌(HCC)样本使用RNA测序分析发现：PITX2C具有与肝脏祖细胞(LP)特异性标记物一致的表达趋势。本研究用体内外功能实验、临床大样本的验证、分子生物学实验等方法揭示PITX2A/B/C的表达与肿瘤进展的相关性，证明PITX2C表达与AFP和肿瘤分化相关。相比PITX2A/B，PITX2C促进肝癌转移、自我更新和化疗耐药性。分子机制研究表明，PITX2C可上调RALYL，从而通过TGF-b途径增强肝癌干细胞的生长，并证实了PITX2C对LP关键发育因子的调控作用。.重要结果：本研究揭示多个LP关键发育因子相关基因调控细胞分化的重要作用；证明 RALYL，PGC7, PITX2 在多种肝细胞系中增强细胞增殖、转移、自我更新和成瘤能力；阐明 RALYL，PGC7, PITX2C 在肝癌干细胞干性维持中的作用;证明 PITX2C 如何维持细胞干性的分子机制以及调控干性相关信号通路。.关键数据：PITX2C可以结合与HCC干性相关基因---RALYL的启动子位点，上调RALYL的表达。RALYL通过m6A甲基化修饰维持TGF-b mRNA的稳定性。ChIP-seq进一步分析表明PITX2C具有与肝脏发育特异调控因子(FOXA1、HNF1A和HNF4A)相似的结合位点。 .科学意义：PITX2C是一种新发现的与肝脏分化相关的基因， 并通过上调肝癌干性相关基因RALYL增加肝癌的发生概率。这些发现将有可能开启针对肝癌新的精确治疗策略开发。