三氧化二砷靶向阻断calcineurin-NFAT-DSCR1通路抑制肺癌生长与转移的机制研究

Calcineurin-NFAT is the downstream effector of VEGF, which induces the activation and proliferation of endothelial cells. Recent research reports that the up-regulation of DSCR1, the endogenous inhibitor of calcineurin, could inhibit tumor growth and metastasis. We previously reported that arsenic trioxide (As2O3) could inhibit lung cancer growth and metastasis by inhibiting tumor angiogenesis via VEGF pathway suppression. However, the exact effect of As2O3 on vascular endothelial cells is still unclear. Based on the fact that calcineurin-NFAT-DSCR1 pathway is the downstream effector of VEGF, we carried out preliminary experiments and found a high expression of calcineurin in lung cancer, and that As2O3 could upregulate DSCR1, inhibit the expression of NFAT and its downstream factor Ang-2. Thus we hypothesized that As2O3 inhibits the calcineurin-NFAT pathway by up-regulating DSCR1, thereby inhibits tumor growth and metastasis. For this purpose, we will take vascular endothelial cells and DSCR1-/- mice with lung cancer as research objects, and carry out experiments in vivo and in vitro to verify our conjecture. This research will provide evidences for the mechanism of the inhibitory effect of As2O3 on lung cancer.

Calcineurin-NFAT是VEGF下游介导血管内皮激活的效应分子。新近研究报道，上调calcineurin的内源性抑制剂DSCR1可抑制肿瘤生长和转移。我们前期研究发现，三氧化二砷(As2O3)能够阻断VEGF介导的血管内皮增殖，抑制肺癌移植瘤生长及胸膜转移引起的恶性胸腔积液，但其确切机制尚未明确。基于calcineurin-NFAT-DSCR1通路是VEGF的下游效应者，我们开展预实验发现calcineurin在肺癌高表达，而As2O3恰能上调内皮细胞DSCR1水平，抑制NFAT及其下游因子。我们推测As2O3正是通过上调DSCR1，从而阻断calcineurin-NFAT通路引起的内皮激活。我们拟以DSCR1基因缺陷小鼠构建肺癌模型，在体外和体内水平研究As2O3对calcineurin-NFAT-DSCR1通路的靶向阻断机制，为阐明As2O3抑制肺癌的作用机理提供实验证据。

肺癌是全球范围癌症相关性死亡的首要病因。长期以来，肺癌治疗药物的总体有效率和肺癌患者的生存指标未有明显提高，寻找新的治疗策略成为肺癌研究的重要方向，而通过阻断肺癌新生血管的治疗则成为新的研究突破口。在本研究中，我们探索了三氧化二砷对肺癌血管新生的潜在抑制作用及分子机制。在体外通过细胞增殖实验和细胞迁移实验，我们发现三氧化二砷可以抑制脐静脉内皮细胞的增殖及迁移能力，进一步通过RT-PCR及WB实验证实三氧化二砷能在mRNA及蛋白水平上上调脐静脉内皮细胞DSCR1的表达，下调脐静脉内皮细胞迁移相关的calcineurin及NFAT分子的表达。在裸鼠移植瘤体内模型中，我们发现三氧化二砷给药后能后显著抑制移植瘤血管新生及裸鼠移植瘤的生长，并以剂量依赖性上调移植瘤组织中DSCR1的蛋白水平，抑制NFAT2及其下游效应促血管分子CXCR7、RND1的蛋白表达。在小鼠转移瘤模型中，我们发现三氧化二砷能够抑制肺癌肝转移的发生。我们进一步构建了DSCR1基因敲除小鼠，发现当DSCR1敲除后，三氧化二砷对肺癌移植瘤生长及血管新生的抑制作用减弱，对calcineurin-NFAT通路的阻断作用则不复存在。总之，三氧化二砷能够通过抑制血管内皮细胞增殖及迁移有效抑制肿瘤血管新生，降低肿瘤血管密度，抑制肿瘤生长及肿瘤转移，这种效应是通过上调 DSCR1从而阻断calcineurin-NFAT通路实现的。