多聚唾液酸化的神经细胞粘附分子促进小细胞肺癌脑转移的作用及机制研究

Small cell lung cancer (SCLC) is very prone to brain metastasis,and it is of great scientific significance to elucidate the mechanism of brain metastasis of SCLC. Our previous study indicated that the expression of polysialic acid modified neural cell adhesion molecule (PSA-NCAM) and sialyltransferase (ST8SiaII) was significantly higher in the primary lesions of SCLC with brain metastases than that of SCLC without brain metastasis. Further study indicated that overexpression of PSA-NCAM significantly promoted the invasion and migration of SCLC cells in vitro. Based on the knowledge that PSA and NCAM can specific binding with brain-derived neurotrophic factor (BDNF) , fibroblast growth factor receptor (FGFR) or tyrosine kinase receptor B (TrkB) and then activate the downstream signaling pathways, we hypothesize that through the interaction with BDNF, FGFR and TrkB, PSA-NCAM can not only promote the specific chemotaxis of SCLC cells to the brain but also enhance the invasion and migration of SCLC cells across the blood-brain barrier, and it may be a new mechanism of brain metastasis of SCLC. In this study, gene transfection, CRISPR/Cas9 knockout technique,cells chemotaxis experiment, cells migration and invasion experiment, signal pathway intervention experiment and animal brain metastasis model and other means will be employed to explore the promoting effects and its mechanisms of PSA-NCAM in brain metastasis of SCLC. The results of this study will be helpful to further clarify the mechanism of brain metastasis of SCLC and provide new targets for clinical prevention and treatment.

小细胞肺癌（SCLC）易发脑转移，其机制的阐明具有重要的科学意义。课题组前期研究发现，伴脑转移SCLC肺部原发病灶中，多聚唾液酸修饰的神经细胞粘附分子（PSA-NCAM）及多聚唾液酸转移酶表达均比无脑转移者明显升高；过表达PSA-NCAM可显著增强SCLC细胞侵袭和迁移。结合PSA及活化的NCAM可分别与BDNF、FGFR及TrkB特异绑定并激活下游信号通路的认识，申请者推测：PSA-NCAM通过与脑组织内BDNF、自身细胞相邻FGFR及TrkB受体作用介导SCLC细胞向脑部特异性趋化并增强其跨血脑屏障能力，促进SCLC细胞向脑组织转移。本项目拟通过基因转染、CRISPR/Cas9敲除技术、细胞趋化、侵袭和迁移实验、信号通路干预和脑转移动物模型等手段，深入研究PSA-NCAM促进SCLC脑转移的作用及其机制。本项目的开展，不但有利于完善SCLC脑转移的认识，也将为其防治提供新的分子靶点。

项目背景：.研究表明，新诊断的SCLC患者有15-20%存在脑转移，之后又有约40-50%在疾病过程中也将发展到脑转移，由于对SCLC脑转移的机制尚未完全阐明，因此目前仍缺乏有效预防及干预措施。前期研究发现，在有脑转移SCLC的原发肺部病灶中，多聚唾液酸化的神经细胞粘附分子PSA-NCAM以及多聚唾液酸转移酶ST8SiaⅡ的表达均比无脑转移的SCLC明显增强，而在SCLC肺内转移、肝脏转移等其他远处器官的转移中则没有发现类似的现象，提示PSA-NCAM和ST8SiaⅡ与SCLC的脑转移密切相关，但作用机制还不清楚，值得进一步研究。.主要研究内容：.1）检测PSA-NCAM、ST8SIAⅡ在小细胞肺癌患者中表达情况；.2）构建稳定高表达PSA和持续抑制PSA表达的SCLC细胞株；.3）离体实验证实PSA-NCAM对SCLC细胞跨血-脑屏障脑转移潜能的影响；.4）研究PSA-NCAM促进SCLC脑转移可能的信号通路及下游相关效应分子的变化；.5）在体动物实验验证。.重要结果：.1）ST8SiaⅡ和PSA-NCAM在小细胞肺癌脑转移组的表达均高于无脑转移组患者，患者在确诊时ST8SiaⅡ和PSA-NCAM表达越高，伴有脑转移的概率越大。.2）对ST8Sia II过表达的 H69细胞株、H69细胞株进行转录组测序结果：以H69细胞株作为参照，其中主要的差异基因为CHI3L1、CTSG、ELANE、PRTN3、GPX1、MLC1、RNASE2、AZU1（上调基因），FLNC、FAM83A、CPED1、ALDH1A2、XIST、NMU、KRT8（下调基因），.3）构建了ST8Sia Ⅱ和PSA-NCAM过表达的稳定细胞株，通过划痕实验、Traswell迁移实验，验证了ST8Sia Ⅱ和PSA-NCAM过表达的细胞株侵袭迁移能力，并将过表达PSA-NCAM的NCI-H196细胞株、过表达ST8SIAⅡ的NCI-H196细胞株、以及未处理的NCI-H196细胞株注射至裸鼠体内，构建了老鼠模型，成功进行体外验证。.关键数据：.1.ST8SiaⅡ、PSA-NCAM在确诊时已伴有脑转移的SCLC患者原发灶中表达较无脑转移的SCLC患者高。.2.transwell实验：①PSA-NCAM 过表达 H196细胞株及ST8Sia II过表达的 H69细胞株较亲代细胞在BDNF环境下有明显迁移。