NPAS2介导线粒体分裂节律性失衡促进肝癌发生的作用机制

Numerous studies have confirmed that circadian genes play a key effect on tumor initiation and progression, but the mechanism is not fully understood. Our previous article reported that the expression of circadian gene NPAS2 is significantly elevated in hepatocellular carcinoma(HCC) and NPAS2 promotes the malignant progression of HCC cells. In addition, previous studies have confirmed that mitochondrial fission is regulated by circadian rhythm. Further, our preliminary experiments showed that the expression of NPAS2 is positively correlated with mitochondrial fission key proteins Drp1 and Fis1 in HCC cells. NPAS2 also found rhythmically regulated Drp1 and Fis1 in the mice liver. Based on this, we propose scientific assumptions: elevated expression of NPAS2 disturbs rhythm of mitochondrial fission and promotes tumorigenesis in HCC. With the basis of previous work about NPAS2 and HCC study, this project intends to use cell biology, molecular biology and other techniques to observe the biological effects of NPAS2-mediated disordered rhythm of mitochondrial fission in animal level, tissue level, cell level and molecule level. This project will further analyze the molecular mechanism of NPAS2 modulating rhythm of mitochondrial fission and ultimately clarify the pathological mechanism of NPAS2 in hepatocarcinogenesis. This project will provide a new target for the prevention and treatment of HCC.

大量研究证实生物节律基因表达异常在肿瘤发生发展中发挥关键作用，但具体机制尚未阐明。我们前期发表文章报道了生物节律基因NPAS2在肝癌组织中的表达显著升高并促进肝癌细胞恶性进展。另外，以往研究证实线粒体分裂受到节律性调控，进而我们预实验表明肝癌细胞中NPAS2与线粒体分裂调控关键蛋白Drp1和Fis1的表达呈正相关；而在小鼠肝脏中同样发现NPAS2可节律性调控Drp1和Fis1表达。据此我们提出科学假设：NPAS2表达升高可导致线粒体分裂节律性失衡，进而促进肝癌发生。基于前期有关NPAS2和肝癌研究的工作基础，本项目拟利用细胞生物学、分子生物学等技术，从动物—组织—细胞—分子四个水平系统观察NPAS2介导线粒体分裂节律性失衡的生物学作用，深入分析其分子机制，最终阐明NPAS2促进肝癌发生的病理机制，为肝癌防治提供新的潜在靶点。

非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）在全世界范围内广泛发生，它是肝癌发生发展的一个重要危险因素。我们以前的研究发现，核心节律分子NPAS2的高表达与肝细胞癌的糖代谢重编程和肿瘤进展密切相关。然而，NPAS2是否参与非酒精性脂肪性肝病和随后的肝癌的发生发展还没有得到阐明。在这里，我们研究发现NPAS2在非酒精性脂肪性肝病患者的肝脏组织和小鼠脂肪变性模型（NAFLD模型）肝脏组织中表达明显增加。肝脏特异性敲除NPAS2后可改善高脂饮食产生的肝脏脂肪变性和炎症改变，同时减少了二乙基亚硝胺（DEN）联合高脂饮食诱导的肝癌的发生。相比之下，在小鼠肝脏高表达NPAS2后，加剧了高脂饮食诱导的非酒精性脂肪性肝病的进展和随后的肝癌的发生。此外，体外研究也表明，NPAS2促进了肝细胞的脂质积累和炎症改变。进一步研究我们发现，NPAS2直接转录上调sirtuin 1（SIRT1）的表达，SIRT1表达增加导致PPARγ乙酰化和表达减少，进而下调其直接调控的脂质代谢靶基因的表达。通过PPARγ激动剂来激活PPARγ的活性，可减缓NPAS2高表达小鼠高脂饮食诱导的非酒精性脂肪性肝病的进展和随后的肝癌的发生。我们的研究结果提示NAPS2是非酒精性脂肪性肝病和非酒精性脂肪性肝病相关的肝癌发生发展的关键调控分子，为防治非酒精性脂肪性肝病和非酒精性脂肪性肝病相关的肝癌提供了一个潜在的干预靶分子。