旁分泌Hedgehog信号介导的肿瘤-间质能量转移在胰腺癌中的意义

Increasing evidences indicate that exploration the various cell biology behavior and tumor-stroma interaction in tumor microenvironment may have great significance for the pancreatic cancer research. Under the support of National Natural Science Foundation, we have revealed the molecular mechanism involved in pancreatic cancer neural invasion, namely pancreatic cancer cell derived Sonic Hedgehog(SHH) induces activation of pancreatic stellate cells through classical Hedgehog(HH) signaling pathway. In addition, we found that this HH paracrine-mode activated stellate cells shift their energy metabolism to glycolysis form preferentially even under aerobic condition. Therefore, We speculate that there is an energy transfer process between pancreatic cancers and their surrounding stellate cells. HH paracrine-mode activated pancreatic stellate cells are forced to undergo aerobic glycolysis, and produce energy-rich nutrients (such as lactate) to "feed"cancer cells, result in tumor growth and metastasis. In order to verify this hypothesis, clinical pathology informations, co-culture mode in vitro and nude mouse model in vivo would be designed. To confirm this hypothesis, a variety of technology will be conducted, including molecular biology technology, Laser capture microscopic cutting, gene microarray, Optical in vivo Imaging technology, magnetic resonance spectrum analysis technology and so on. This important research will help us to reveal the molecular mechanisms involved in tumor-stroma energy transfer, giving new-insights to understand the promoting effects of pancreatic stellate cells on pancreatic cancer progression and providing potential therapeutic targets.

研究肿瘤微环境中不同细胞的生物学行为及肿瘤-间质细胞交互作用，对探索胰腺癌发病机制有重要意义。课题组在原承担的国家自然科学基金支持下，揭示了胰腺癌细胞旁分泌Sonic Hedgehog (SHH) 信号激活胰腺星状细胞后，促进胰腺癌神经浸润的分子机制。在研究过程中，我们发现被旁分泌SHH激活的星状细胞，能量代谢方式向有氧糖酵解方向转化。我们推测，胰腺癌细胞通过旁分泌SHH活化星状细胞，迫使其加快摄取葡萄糖并转向有氧糖酵解，释放高能量代谢产物乳酸"反哺"肿瘤细胞，并以此能量转移过程促进肿瘤生长和转移。为证实该假说，我们将从临床病理、体外细胞共培养、裸鼠胰腺癌模型三个层次，采用分子生物学、显微切割捕获、基因芯片、动物活体成像、磁共振波谱分析等技术，探究胰腺癌细胞旁分泌SHH对星状细胞能量代谢途径的影响，以及肿瘤-间质能量转移的分子机制，从新角度阐明星状细胞促进胰腺癌进展的机制。

项目背景.课题组前期研究揭示了胰腺癌间质中的星状细胞被旁分泌 Sonic Hedgehog(SHH)信号活化后，一方面产生促进增殖和侵袭的细胞因子增强肿瘤细胞侵袭转移，另一方面表达过量促神经生长因子使神经突起迷乱性生长。.研究内容.1) 人胰腺癌 SHH 信号与肿瘤实质 - 间质细胞能量代谢特点之间的临床病理关系。观察胰腺癌手术标本中间质增生反应的程度；初步揭示胰腺癌 SHH 信号与肿瘤实质 -- 间质细胞能量代谢特点之间的关系。.2) 胰腺癌裸鼠模型中，旁分泌 SHH 信号介导的肿瘤 - 间质能量转移对肿瘤发展的影响。构建裸鼠原位胰腺癌模型，观察对胰腺癌生长、转移和细胞能量代谢特征的影响。.3) 旁分泌 SHH 信号激活星状细胞后，其通路下游特别是代谢相关基因的变化。通过与 SHH 表达水平不同的胰腺癌细胞间接共培养，探讨肿瘤微环境中的 SHH 信号影响星状细胞能量代谢途径调整和物质转运变化的可能机制。.4) 不同分化程度的胰腺癌细胞株SHH 的表达程度，以及通过稳定转染技术调节胰腺癌细胞SHH 的表达水平。构建 SHH 基因真核表达载体和SHH shRNA 干扰质粒，为进一步研究胰腺癌细胞通过旁分泌 SHH 蛋白在肿瘤微环境中的作用机制奠定基础。.5) 胰腺癌细胞通过旁分泌 SHH 信号对胰腺星状细胞能量代谢和能量物质生成的影响， 以及癌细胞 - 星状细胞间能量转移的可能分子机制。应用胰腺癌细胞 - 胰腺星状细胞共培养技术，在体外模拟肿瘤微环境，观测 Hh通路介导的细胞间能量转运对肿瘤细胞和星状细胞增殖、迁移、凋亡和侵袭等行为学的影响。..研究结果.1) 揭示了胰腺癌肿瘤微环境中旁分泌 SHH 信号活化间质星状细胞， 诱导其发生以有氧糖酵解为主的“反向 Warburg 效应”的可能分子机制；..2) 证明胰腺癌细胞通过旁分泌 SHH 信号对胰腺星状细胞能量代谢途径和代谢产物生成的影响以及癌细胞 - 星状细胞间能量转移的过程，对于胰腺癌发展转移的重大意义。..意义.研究胰腺癌细胞周围间质增生反应中各种细胞的生物学行为，及肿瘤细胞与间质细胞间的相互作用对明确胰腺癌生长及浸润机制有重要意义。