吸烟致肺细胞癌变过程中凋亡逃逸相关DNA甲基化和组蛋白修饰变化

Cigarette smoking serves as the leading cause of lung cancer. More and more evidences showed that there are many characteristic changes in the carcinogenic process from initial injury to all stages of malignant transformation such as DNA methylation and histone modification. Our previous studies found that long term exposure to cigarette smoke can lead to cells apoptosis escape and relative epigenetic changes of human immortalized bronchial epithelial cells (BEAS-2B).Based on this study we will establish a cell model of multi-dose levels and long term exposure, observe early lesions and apoptosis-related epigenetic changes in the process of neoplastic transformation, screen and analyze the expression difference of cell protein, observe histone protein modfications and interactions of DNA and protein, and get biomarkers in the early stages and all stages of initiation, promotion and progression of lung cancer. The objective of project maybe is to clarify a scientific mechanism of lung cancer caused by cigarette smoke, and provide a new biomarkers and research approach on the diagnosis and early intervention of lung cancer.

吸烟是致肺癌的主要诱因。烟草致肺癌过程中，从损伤早期支气管-肺泡上皮细胞凋亡到细胞出现恶性转化的癌变过程的各个阶段，都会出现DNA甲基化和组蛋白修饰等特征性变化。我们前期研究发现长期染毒可以导致人永生化支气管上皮细胞(BEAS-2B)凋亡逃逸和一些表观遗传学改变。本研究在此基础上，拟对BEAS-2B细胞进行多剂量长期染毒，观察早期损伤和恶性转化后与凋亡相关的表观遗传学变化，同时对细胞表达的差异蛋白进行筛选和分析，观察组蛋白改变及DNA和蛋白交互作用，从中筛选出吸烟致癌在早期及各形成阶段的生物标志物。为阐明烟草致肺癌的健康危害提供科学依据, 并为肺癌的病因诊断和早期治疗提供新的生物指标和研究途径。

吸烟是肺癌发生的主要诱因之一。为了观察烟致肺癌的表观遗传修饰改变的影响，寻找可用于诊断与治疗的分子标志物。本项目通过香烟烟气对人永生化支气管上皮细胞（BEAS-2B）在动态染毒装置中长期染毒（20%、10min），观察细胞凋亡逃逸及恶性转化机理等，分析表观遗传修饰改变情况。结果显示，染烟30代（S30）后细胞周期、凋亡和软琼脂克隆形成显示细胞已恶性转化，细胞接种裸鼠成瘤率达50%。高通量DNA甲基化芯片分析染烟细胞异常甲基化结果显示，随着染烟代数的增加，高甲基化的FHIT基因mＲNA表达水平逐渐降低，同时伴随着细胞凋亡率的逐渐降低及恶性程度逐渐增加；筛选出异常高甲基化基因PTPRM，研究发现PTPRM基因可以通过调节CDH1的表达和β-catenin的磷酸化来调控细胞迁移和侵袭的间质转化能力。采用染色质免疫共沉淀测序技术（ChIP-seq）检测了S30细胞组蛋白H3K9乙酰化修饰情况，结果有155个基因启动子区组蛋白H3K9乙酰化水平升高，892个基因启动子区组蛋白H3K9乙酰化水平降低；MGMT、P21WAF1、FOXO3基因表达改变主要受组蛋白乙酰化修饰的调控，可抑制细胞凋亡。染烟后miR-106b-5p/miR-93-5p与miR-130a-3p/miR-3666表达异常，体外实验证实这些miRNAs都与肺癌细胞的转移有关，裸鼠成瘤实验揭示，miR-130a-3p/miR-3666激动剂都能抑制瘤体生长。这些基因或miRNAs的表达水平变化也在TCGA或CPTAC数据库中的人肺癌组织样品得到验证。通过对不同染烟代数细胞的蛋白组学分析，结合mRNA和TCGA数据库挖掘出4个与吸烟史和预后相关的可能标志物。过表达或敲减、激动剂或抑制剂进行干预，证实了相关基因DNA去甲基化、组蛋白乙酰化和miRNAs改变对相关基因、蛋白及相关功能的调控作用。.本研究成功构建香烟烟气染毒诱发人永生化支气管上皮细胞恶性转化模型。DNA异常甲基化、组蛋白乙酰化修饰和miRNAs表达改变提示香烟烟气染毒致BEAS-2B细胞凋亡逃逸和恶性转化的可能机制。过表达或敲减、激动剂或抑制剂的初步干预结果提示表观遗传改变可以改变基因或蛋白的表达状态，改变上皮间质转化（EMT）状态，从而影响肺癌进展。本研究为烟致肺癌的临床诊断、治疗及预后提供了新思路和靶标。