TGF-β1上调NGF/TrkA通路促进骨髓巨噬细胞M2极化影响前列腺癌骨转移的机制研究

Skeletal related events (SREs) such as abnormal bone formation, bone pain and pathological fractures caused by bone metastasis of prostate cancer are important factors that affect the survival and quality of life of patients. The current clinical treatment mainly dependents on bisphosphonates and monoclonal antibody of RANKL, which partially solves the symptoms. Therefore, to explore the mechanism of bone metastasis of prostate cancer is extremely important for reducing SREs. Our preliminary experiments showed that in the bone metastasis microenvironment M2 population increased accompanied with increased TGF-β1 and NGF, as well as TrkA expression on monocytes; TGF-β1 promoted NEDD4L ubiquitination and degradation; PI3K/AKT pathway was up-regulated in monocytes from mice with bone metastasis; M2 differentiated to osteoclasts and promoted osteoblasts differentiation in vitro. This suggests that TrkA is a key molecule in bone metastasis of prostate cancer. This project will confirm that in the bone metastasis microenvironment, TGF-β1 promotes M2 macrophage polarization by up-regulating NGF/TrkA pathway, then regulates prostate cancer bone metastases, bone formation and resorption. Therefore, targeting TrkA maybe a new therapeutic method to inhibit bone metastasis of prostate cancer.

前列腺癌骨转移引起的骨相关事件（Skeletal related events, SREs），如异常骨形成、骨痛、病理性骨折，是影响患者生存期及生存质量的重要因素。目前临床多应用双膦酸盐及RANKL单克隆抗体治疗，但仅能部分改善症状。因此，明确肿瘤微环境对前列腺癌骨转移的作用机制对降低SREs发生至关重要。本课题组预实验表明，前列腺癌骨转移微环境中巨噬细胞M2比例升高伴随TGF-β1和NGF水平上调及单核细胞表达TrkA升高；TGF-β1促进单核细胞NEDD4L泛素化降解；骨转移小鼠单核细胞PI3K/AKT通路激活；体外巨噬细胞M2可分化成破骨细胞并促进成骨细胞分化。这预示TrkA作为关键分子参与骨转移形成。本课题将证实骨转移微环境中TGF-β1上调NGF/TrkA通路促进巨噬细胞M2极化，进而影响前列腺癌骨转移的骨代谢过程。因此，靶向抑制TrkA可能是前列腺癌骨转移的新疗法。

前列腺癌骨转移引起的骨相关事件（Skeletal related events, SREs），如异常骨形成、骨痛、病理性骨折，是影响患者生存期及生存质量的重要因素。目前临床多应用双膦酸盐及RANKL单克隆抗体治疗，但仅能部分改善症状。因此，明确肿瘤微环境对前列腺癌骨转移的作用机制对降低SREs发生至关重要。本项研究课题主要包括以下3部分的研究内容：1）明确前列腺癌骨转移患者和骨转移小鼠模型的骨转移微环境中巨噬细胞M2极化发挥的重要调控作用；2）阐明前列腺癌骨转移微环境中巨噬细胞M2极化的分子机制，以及进一步对成骨或破骨功能的影响；3）采用临床前列腺癌患者的样本验证巨噬细胞M2极化的重要调节作用及分子机制。通过开展相关研究我们获得了以下重要发现：1）我们构建了前列腺癌骨转移的小鼠模型，取骨转移部位的病灶对比小鼠正常骨组织行转录组测序，在结果中我们发现泛素连接酶FBXO22在骨转移病灶表达显著升高，采用FBXO22基因敲除小鼠（FBXO22-KD）对比野生型小鼠进行前列腺癌骨转移模型构建，结果显示敲除FBXO22基因表达后能够抑制骨转移的发生；2）收集前列腺癌患者的临床样本对FBXO22进行了染色分析，肿瘤病灶对比癌旁组织FBXO22表达升高，而骨转移病灶对比原发灶FBXO22的表达水平则进一步升高，高表达FBXO22组的患者无骨转移生存期明显短于低表达FBXO22组的患者；3）采用DTR小鼠模型将小鼠体内的巨噬细胞特异性清除，这种模型可以有效抑制巨噬细胞的含量，并且骨转移的发生率明显下降。通过对小鼠生存期的观察统计发现，清除了巨噬细胞的DTR小鼠的生存期显著延长；4）通过蛋白交互作用分析发现KLF4是FBXO22的底物，我们通过实验证实KLF4确实是FBXO22的泛素化底物，这种泛素化修饰可在抑制蛋白酶体后观察到细胞内KLF4蛋白水平的提升。FBXO22通过泛素化修饰KLF4蛋白进而在蛋白酶体中降解。以上研究结果提示我们FBXO22分子通过调控巨噬细胞M2极化在前列腺癌骨转移中发挥重要作用。为今后研发新型的骨转移靶向治疗药物提供了新的思路和理论基础。