基于微流控芯片仿生模型CITED1促进肺癌转移作用及机制研究

Metastasis is the main reason for the high mortality of lung cancer. And CTCs play a significant role in metastasis. Based on the microfluidic device for CTC isolation we have developed, RNA-sequence was used to screen the gene associated with lung cancer metastasis by CTC and tissue biopsy samples. CITED1 has been found and proved to promote metastasis in lung cancer. And JAK/STAT3 signal pathway was speculated to be the downstream of CITED1 by the RNA-sequence. According to the previous study and our preliminary work, TGF-β may be the mediator of CITED1 expression. Therefore, we speculate that CITED1 which is mediated by TGF-β, may be the regulator of JAK/STAT3 signal pathway in facilitating metastasis. In our work, we will use a bionic model based on microfluidic chip and Transwell platform to observe the process of cancer cell metastasis and the ultrastructure changed during it. At the same time, tissue biopsy and CTCs samples from patients with lung cancer will be used to analyze the relevance of CITED1- JAK/STAT3 signal pathway mediated by TGF-β with metastasis. The results of this study will contribute to evaluating metastasis, understanding the mechanism and providing scientific basis on new therapeutic therapy target for advanced lung cancer treatment strategies.

转移是导致肺癌高死亡率的主要原因，循环肿瘤细胞（CTC）与转移密切相关。前期研究中基于微流控芯片技术自主研发CTC捕获装置，成功从肺癌患者外周血中分选CTC。进而利用RNA-seq技术对CTC及患者组织标本测序分析，筛选发现CITED1与肺癌转移相关，并推测JAK/STAT3可能为其下游通路。结合既往研究提示TGF-β为其上游调控分子。因此，本项目提出CITED1可能通过TGF-β介导，激活JAK/STAT3信号通路，促进肺癌转移的假说。研究中分别利用微流控芯片仿生模型及Transwell平台，实时动态观察有、无TGF-β介导下的CITED1表达高低对JAK/STAT3通路的影响及对细胞转移过程与细胞微结构的改变，同时，结合患者组织标本及CTC检测不同转移情况的肺癌患者CITED1及JAK/STAT3通路表达水平与肺癌转移相关性，为评估肺癌转移、揭示转移机制及潜在药物治疗靶点提供理论依据。

肺癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，其死亡率居恶性肿瘤首位，根本原因是肺癌细胞的高转移能力。前期工作中首次发现CITED1高表达可能促进肺癌转移，且该转移途径不依赖上皮间质转化EMT，可能为TGF-β介导，并激活CITED1下游JAK/STAT3通路而发挥作用。因此，本课题首先利用肺癌细胞株实验、小鼠转移模型构建及对临床组织标本的检测明确了CITED1表达增高的促肺癌转移功能，并发现其高表达与肺癌患者不良预后显著相关，可作为影响肺癌患者预后的独立因素。然后，在CITED1促肺癌转移机制的研究中发现，TGF-β不仅可诱导肺癌细胞CITED1表达增高而发生转移，还可通过介导EMT过程而发挥转移功能，因肺癌细胞存在明显的异质性，研究中我们发现在TGF-β作用的早期，部分肺癌细胞出现CITED1表达由胞质向胞核明显移位，CITED1表达含量增高，细胞通过高表达CITED1激活下游JAK/STAT3通路而发生转移。随着TGF-β作用时间延长，CITED1在肺癌细胞的表达含量逐渐下降，且分布逐步由胞核转向胞质，细胞则以EMT方式发生转移。同时，我们利用RNA-seq技术分析了不同CITED1表达水平的肺癌细胞A549差异基因表达，发现TM4SF4、CLDN2、GNG2、HCLS1、FUT1、CD274与CITED1表达相关，可能为CITED1下游，参与肿瘤转移、化疗耐药、放疗抵抗及免疫耐药等过程。未来，我们也将深入研究CITED1对这些下游基因的调控作用及机制，以期为临床肺癌患者的转移及治疗提供新的策略。另外，项目中应用微流控芯片技术，构建了CTC分选装置及肺癌转移模型，不仅实现了对患者外周血CTC分选，分析分选结果与临床病理特征、转移及疗效评价相符合，而且芯片转移模型的构建实现了实时动态观察转移过程及细胞形态骨架等变化。为课题研究提供了有效的技术手段。