MCU复合体介导的钙信号紊乱在食管癌发展中的作用及机制研究

All over the world, more than 50% of incidence and mortality of esophagus cancer are in China, mainly occurred in taihang mountain area. Mitochondrial calcium uniporter (MCU) complex as the primary channel-mediated calcium influx into mitochondria, playing vital roles in the regulation of calcium oscillations. Our preliminary research found that deregulation of calcium oscillations contributed development of esophagus cancer. In clinical esophagus cancer tissues, MCU protein is highly expressed and MCU mRNA level is higher when compared with paracancerous tissues. So far, there is still lacking research about roles of MCU complex in esophagus cancer. Based on the related reports and our previous studies, we raised the hypothesis that MCU complex-mediated disorder of calcium signals contributes the development of esophagus cancer. In this proposal, we plan to identify the key MCU complex molecule related with esophagus cancer by clinical patient tissues. By using esophagus cancer cells cultured in vitro, the expression and activity of MCU complex, coupled with its roles in calcium oscillations, cell cycle, proliferation and migration will be validated. By specifically manipulate the expression of the target MCU complex molecule, xenograft model and induced primary tumor of esophagus cancer mouse model will be established. The functions of MCU complex in esophagus cancer will enrich our knowledge about the mechanisms underlying pathological development of esophagus cancer, which will supply new theoretical supports for developing target chemotherapeutics and for improving the clinical treatment outcome.

中国食管癌的新发病例和死亡病例均占全球50%以上，主要集中在豫陕冀太行山区。线粒体钙离子单项转运体(MCU)复合体是钙离子进入线粒体最主要的通道，并在钙震荡的调节中有重要作用。我们的前期研究显示，钙震荡紊乱促进了食管癌的发展；在食管癌中MCU蛋白表达较高，且MCU的mRNA水平高于癌旁组织中的水平。目前有关MCU复合体在食管癌中作用的研究尚未见报道。基于此，我们提出：MCU复合体介导的钙信号紊乱可能对食管癌的发展具有促进作用。本项目拟利用临床食管癌标本鉴定出与食管癌发展和预后相关的MCU复合体靶分子；检测并干预其在食管癌细胞中的表达和活性，研究其在食管癌细胞的线粒体钙稳态、细胞周期、增殖和迁移中的作用。通过构建食管癌移植瘤和原发癌模型，体内验证MCU复合体靶分子在食管癌发展中的作用。本项目将扩展我们对食管癌发展分子机制的认识，为进一步研发食管癌的靶点药物和改善治疗效果提供新的理论基础。

中国的食管癌患者主要集中在豫陕冀太行山区域，是非常具有地域特征的一类疾病。我们的前期研究发现，食管癌细胞中表现出钙振荡紊乱。而线粒体作为细胞内的主要钙库之一，在胞内Ca2+振荡信号的调节中至关重要。MCU是Ca2+流入线粒体的主要通道。脂质作为重要的代谢生物大分子和能量来源，会影响食管癌等细胞的质膜功能和生物能量代谢。而线粒体又有进行脂质代谢的重要场所之一。巨噬细胞作为食管癌组织中一种重要的细胞类型并受脂质代谢的影响，在食管癌的微环境中具有重要作用，会从多个方面影响食管癌的进展和耐药等情况。因此，深入研究MCU复合体介导的Ca2+信号在食管癌肿瘤中的作用和机制具有非常重要的意义。.我们发现，在临床食管癌组织中和离体食管癌细胞系中MCU基因在转录和蛋白水的表达均高于正常食管组织或食管细胞。敲低MCU的表达能明显抑制食管癌细胞的克隆形成能力和迁移能力。且MCU在多个肿瘤化疗药物的耐药株中的表达水平也高于药物敏感细胞株。在耐药株中还发现MCU与PCSK9同时高表达的现象。Ox-LDL和重组PCSK9蛋白能显著改变MCU复合体分子的表达以及线粒体内钙离子和活性氧的水平以及巨噬细胞的泡沫化。而MCU的抑制剂RuR可以在一定程度上抑制上述生物学现象。Ox-LDL对MCU的表达及其功能调节可能是由ROS所介导。MCU在食管癌中的高表达可能是由miR-124所介导。MCU能够调控多个与食管癌密切相关的基因，比如BIRC3、SLC2A3、SLC39A14和ABCC4等蛋白的表达，并鉴定出了其潜在的非编码RNA分子通路。总之，本研究在一定程度上提升了我们对食管癌发展的分子机制的了解，为进一步研究靶向治疗食管癌药物和改善临床食管癌治疗效果提供新的靶点和思路。