基于PTEN-PI3K-STAT6通路介导的巨噬细胞M2极化转型 研究外泌体miR-155在砷诱发肺癌过程中的作用机制

As an important mediator of the cross-talk between tumor cells and the microenvironment, exosomes has been reported to activate tumor-associated macrophages into M2 phenotype by transporting tumor-specific signaling molecules such as miRNAs. Our previous study showed that miR-155 was highly expressed in arsenic-transformed lung HBE cells. These miR-155 can not only directly mediate malignant transformation of HBE cells, but also be packaged in exosomes and transported to extracellular microenvironment and blood. miR-155 is a well-known key regulator of PETN, the trigger of PETN-PI3K-STAT6 signal pathway mediating M2 macrophage polarization. On this basis, we hypothesize that exosomal miR-155 secreted by arsenic-transformed HBE cells can be sent to macrophages, which activates PETN-PI3K-STAT6 pathways to induce M2 macrophages polarization, resulting in tumor growth. To test these hyothesis, a serious studies are designed to explore the interaction between lung HBE cells and M2 macrophages under chronic arsenic exposure, as well as the role of exosomal miR-155 in this interaction. Our study is expected to point to a new avenue to reveal the mechanism underlying arsenic-induced lung cancer. Exosomal miR-155 may serve as a novel biomaker of cancer monitoring, as well as a new therapeutic target for arsenic induced lung cancer.

最新研究显示肿瘤细胞通过携带miRNAs等信号分子的外泌体“策反”肿瘤相关巨噬细胞，使其发生M2极化，逃脱免疫监控，实现增殖和转移。我们前期研究发现慢性砷暴露可诱导人肺HBE细胞高表达miR-155，这些miR-155不仅可直接在HBE细胞内介导恶性转化，还可被包装入外泌体输送到细胞外和血液中。鉴于miR-155是“PETN-PI3K-STAT6”这一巨噬细胞M2极化关键信号通路启动者—PETN的重要调控基因，我们提出如下科学假说：砷恶转HBE细胞可能通过外泌体将miR-155传送至巨噬细胞，通过PETN-PI3K-STAT6通路启动巨噬细胞M2极化，诱导炎性肿瘤微环境的构建和肺癌的发生。本课题在前期基础上设计系统研究方案，对慢性砷暴露过程中，肺HBE细胞与M2型巨噬细胞之间的互动关系，及外泌体miR-155在其中的关键作用进行深入探索，以期从全新角度揭示慢性砷暴露诱导肺癌形成的分子机制。

以砷为代表的水源和土壤重金属污染是目前全球面临的严重环境问题。一方面，砷致癌的分子机制尚不清楚。长期以来砷致癌研究一直集中在氧化应激、DNA损伤与癌基因活化、表遗传等砷如何诱导肿瘤细胞产生的机制上。近年来人们认识到免疫逃逸在肿瘤发生中的关键作用，如肿瘤细胞通过携带miRNAs等信号分子的外泌体“策反”巨噬细胞，诱导M2极化，逃脱免疫监控。另一方面，目前砷污染祛除工艺成本较高，易导致二次污染。研发高效、环境友好且成本低廉的处理材料已迫在眉睫。本课题一方面对慢性砷暴露过程中，肺细胞与M2型巨噬细胞之间的互动关系，及外泌体miR-155在其中的关键作用进行深入探索，以期从全新角度揭示慢性砷暴露诱导肺癌形成的分子机制；另一方面，以农业废弃物为原材料，使用静电纺丝、3D打印等新技术制备除砷材料，以期为以砷污染的治理开辟新思路。研究结果显示：砷恶性转化细胞形成的miR-155可以通过外泌体为载体传递入巨噬细胞；与外泌体miR-155共孵育后巨噬细胞M2 marker CD206、CD163、IL10、TGF-β具有不同程度的升高，说明外泌体miR-155可诱导巨噬细胞向M2极化转型，诱导炎性微环境。 以Transwell体外共培养系统研究将M2巨噬细胞与砷恶转HBE细胞共培养后，M2细胞内PTEN，PI3K及STAT6均升高，其中PI3K达到对照组2倍；使用miR-155 inhibitor、PI3KsiRNA均能显著抑制M2细胞极化，说明PTEN-PI3K-STAT6信号通路在砷恶转细胞诱导巨噬细胞M2极化转型中起到一定作用。同时，我们以氢氧化铁为掺杂剂，采用静电纺丝、流延法、粉末法制备了9种复合吸附剂，比较聚丙烯腈、聚偏氟乙烯和聚氯乙烯聚合氢氧化铁复合材料吸附水中三价砷的效率。结果表明，聚丙烯腈/氢氧化铁(纤维)的三价砷吸附量最高。电纺膜的吸附效果最好，高达90%。接下来采用TiO2、橘皮活性炭和聚乳酸制备了一种环保型静电纺丝纳米纤维膜，用于去除水中的三价砷。TiO2纳米颗粒能使纳米纤维膜吸附并光氧化三价砷，其大光氧化能力超过83.00 mg/g。此部分研究以农业废弃物废开发净水吸附剂，一方面极大的缓解环境压力，达到“以废治废”的目的；另一方面可增加农业产值，为乡村振兴提供新思路，具有较大应用价值。