炎症信号通路在肺肿瘤发生过程的作用和机理研究

Chronic inflammation is associated with lung tumorigenesis. However, the underlying mechanism linking these two pathological processes remains elusive. One of the key reasons is that there is lack of lung cancer animal model resembling human lung tumorigenesis for study. GPRC5A is a newly identified lung tumor suppressor gene. It is frequently suppressed in the tissues of lung tumor and COPD. Gprc5a-ko mice develop lung tumor spontaneously, with the pathological features resembling to those of human lung tumors, such as association of chronic inflammation with lung tumorigenesis. Preliminary studies showed that, inflammatory signal pathway, PGE2/PTGES pathway is dysregulated in lung tumor tissues. In addition, NF-kB inhibits GPRC5A expression. In this study, we propose to study the roles and effects of epigenetic changes, signal transduction, and metabolic changes during the transition stages of lung tumorigenesis in this mouse model of lung cancer. We will also study the mechanisms via microchip in vitro model, and clinic samples of lung tumors. We will focus our study on the roles and mechanisms of NF-kB, PGE2/PTGES, and epigenetic changes in the transition stage from chronic inflammation to tumorigenesis in lungs. This study will reveal the mechanism of lung tumorigenesis, which may serve as targets for prevention and therapy of lung cancer.

慢性炎症与肺肿瘤的发生紧密相关。然而，这两种病理过程之间的联系却不清楚，其重要原因是，缺少一个与人肺癌相似的动物模型，以对肺癌发生早期变化进行系统研究。GPRC5A是新发现的肺肿瘤抑制基因。Gprc5a-ko小鼠会产生自发性肺肿瘤，其病理特性与人肺癌发生的特性十分相似，如慢性炎症伴随肺肿瘤发生。前期工作发现，NF-kB，PGE2/PTGES等通路在肺癌组织中异常性高表达。而NF-kB也可抑制GPRC5A的表达。本研究将利用Gprc5a-ko小鼠肺癌模型，系统研究炎癌转化过程中的分子生物学变化，包括表观遗传、信号通路、代谢通路的变化及作用。其次，利用微流控芯片人肺细胞炎癌转化的体外模型以及临床肺癌组织样品，研究人肺细胞在炎癌转化过程中的分子特征，揭示其网络调控节点。我们将研究NF-kB, 表观遗传改变，PGE2/PTGES，代谢通路在炎癌转化过程中的作用和机制，为肺肿瘤的早期干预提供靶标。

针对“慢性炎症促发肺组织恶性转化”这个科学问题，我们利用肺肿瘤抑制基因Gprc5a-敲除(ko)小鼠肺癌模型、人肺癌细胞、肺癌组织样品，以及肺组织微流控芯片，进行了系统研究，获得了多项重要进展，完成了大部分研究目标和内容。主要研究成果和进展包括：1）NF-kB对GPRC5A的表观调控。炎症微环境可通过TNFa激活NF-kB，抑制肺肿瘤抑制基因GPRC5A的表达。该作用在人肺癌(NSCLC)和COPD组织中得到验证。重要的是，NF-kB可与维甲酸受体RAR发生相互作用，抑制维甲酸RA信号通路，包括维甲酸的靶基因GPRC5A。这提示，NF-kB信号，通过表观调控，改变了RAR信号通路及其靶基因的表达谱。2）PTGES/PGE2通路在炎癌转换过程中的作用。前列腺素PGE2和PGE2合成酶(PTGES)的表达水平在肺癌组织中皆显著增高。敲低Ptges不仅可以抑制肺癌细胞自身在体外的克隆形成能力，还可以抑制肿瘤细胞在裸鼠体内的成瘤能力。有意思的是，该作用在免疫健全小鼠体内会更明显。这说明，抑制PGE2的产生，可增加了宿主对肿瘤的免疫监督作用。进一步的研究表明，PGE2可诱导巨噬细胞分化成II型，抑制其抗肿瘤活性，还可抑制T细胞的肿瘤细胞杀伤活性；3）GPRC5A缺失对MDM2-p53通路的调控。除预定计划外，我们意外发现，GPRC5A的缺失导致MDM2增高，抑制p53通路。深入的分析发现，该作用是通过EGFR磷酸化MDM2介导的。4）微流控芯片肺组织仿生系统的建立。通过将小鼠支气管上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞及肺干细胞等细胞的共培养，我们建立了微流控芯片仿生鼠肺模型。该模型可以模拟小鼠体内支气管结构和功能，实现仿生肺芯片的“呼吸运动”、“气血交换”等肺脏的基本生理功能。此外，我们还建立了仿生肺癌模型、仿生肺组织炎癌转换模型、仿生肺癌脑转移模型。为后续分子机制的研究提供技术平台。