Osterix在乳腺癌骨转移中的作用及分子机制研究

Bone is the most common site of metastasis for breast cancer, however the molecular mechanism of breast cancer bone metastasis is not fully elucidated now. Osterix (Osx) is a key transcription factor required for osteoblast differentiation and bone formation. In our previous studies we found that Osx is highly expressed in metastatic breast cancer cells, while it is not expressed in breast cancer cells with low metastatic potential. We also demonstrated that the promoter activity of MMP-9 can be markedly upregulated by Osx. Bioinformatics analyses revealed that the promoter of MMP-9 has three potential binding sites of Osx. In addition, we confirmed the binding of Osx with MMP-9 promoter by ChIP assay. Recent findings revealed that VEGF and MMP-13, which are important factors involved in cancer metastasis, are target genes of Osx. Based on our findings and data from the literatures, we postulate that Osx is a key regulator of breast cancer bone metastasis and Osx promotes bone metastasis by upregulating several important molecules involved in metastasis. We will test this hypothesis using breast cancer cells and mouse bone metastatic models as well as clinical investigations. In addition, the underlying molecular mechanisms by which Osx promotes breast cancer bone metastasis will be explored by ChIP, EMSA, etc. Results of this project will not only provide new insight into the role of Osx, but also provide a novel target for the prevention and treatment of breast cancer bone metastasis.

骨是乳腺癌最常见的转移部位，乳腺癌骨转移的分子机制目前尚未完全阐明。Osterix (Osx)是成骨细胞分化和骨形成中的关键转录因子。我们的前期研究结果表明：Osx在转移性高的乳腺癌细胞中高表达，在转移性低的乳腺癌细胞中不表达，且Osx显著上调MMP-9的启动子活性。生物信息学分析提示：MMP-9启动子上有3个Osx结合位点。我们用ChIP技术证明了Osx与MMP-9启动子结合。VEGF和MMP-13最近也被证明是Osx的靶基因。由此我们推测：Osx是乳腺癌骨转移的关键调节因子，它通过上调多个转移相关分子的表达而促进乳腺癌骨转移。本项目拟通过细胞实验、小鼠骨转移模型构建和临床标本检测对此假说进行验证；并运用ChIP、EMSA等技术深入探讨Osx促进乳腺癌骨转移的分子机制。本项目的研究结果不仅可以进一步丰富对Osx这个重要转录因子功能的认识，而且可以为乳腺癌骨转移的预防和治疗提供新的靶点。

大约70%的乳腺癌晚期病人会发生骨转移。然而，人们对乳腺癌骨转移的分子机制还缺乏全面深入的了解。Osterix（Osx）是成骨细胞分化和骨形成中必需的转录因子。本研究中，我们发现Osx在乳腺癌的侵袭和骨转移中发挥重要作用。通过临床标本检测，我们发现Osx高表达与淋巴结转移呈正相关，与病人的生存期呈负相关。此外，我们还通过体内、体外实验证实Osx通过上调MMP9的表达而促进乳腺癌细胞的侵袭。通过荧光素酶报告基因实验、ChIP和EMSA实验，我们鉴定MMP9为Osx的直接靶基因。进一步地，我们还证实Osx的其它靶基因如MMP13、VEGF，以及破骨细胞活化刺激因子IL-8和PTHrP在乳腺癌细胞中也被Osx上调。重要的是，我们通过胫骨注射模型，在裸鼠体内观察到Osx过表达促进溶骨性骨转移，而敲低Osx表达则减轻溶骨性骨转移。总之，我们的数据表明Osx通过上调肿瘤转移不同步骤中多个关键因子的表达而促进骨转移的发生。该研究结果提示Osx可能是临床上控制骨转移的一个非常有效的靶点。.化疗是乳腺癌的重要治疗方案之一，耐药的发生是各种化疗方案的无进展生存率和无病生存率得不到提高的原因。我们用高通量测序技术筛选了Osx过表达细胞和对照细胞中差异表达的mRNA，共筛选到47个上调基因，74个下调基因，GALNT14是其中上调基因之一。我们通过real-time PCR, western blot等证实GALNT14是Osx的靶基因。过表达Osx降低乳腺癌细胞的化疗敏感性，而降低Osx则增加乳腺癌细胞的化疗敏感性。在Osx过表达细胞中降低GLANT14表达能恢复细胞的化疗敏感性；相反，在Osx敲低细胞中过表达GLANT14则削弱细胞的化疗敏感性。此外，我们还发现Osx通过增加乳腺癌细胞的抗凋亡能力而发挥GALNT14依赖的降低化疗敏感性功能。GALNT14表达与乳腺癌病人的临床分期和生存期显著相关。总之，我们的结果表明Osx通过上调GLANT14表达、增加细胞抗凋亡能力而降低乳腺癌细胞的化疗敏感性，提示抑制Osx表达可能是提高乳腺癌化疗敏感性的策略之一。