两研究组合作发表PNAS文章 解析肺癌新机制

　　

生物通报道：来自中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所的研究人员阐明了LKB1抑制肺癌转移的新机制，发现赖氨酰氧化酶不但是肺癌预后相关的分子标记物，而且是肺癌转移治疗中潜在的分子靶点，这将为肺癌的临床治疗提供理论基础和新的策略。这一研究成果公布在美国国家科学院院刊PNAS上。

这项研究由季红斌课题组和葛高翔课题组合作完成，前者早年毕业于吉林大学，主要研究方向是肺癌发病的分子机理，希望能通过寻找与肺癌发生、发展以及转移相关的基因，并在体外肺癌细胞株模型和体内小鼠模型中验证这些基因的功能，阐明其作用机理。后者早年毕业于南京大学，研究方向是细胞微环境对肿瘤发生及转移的调控

肺癌是当今全球范围内危害性最大的疾病之一，具有高发病率和高致死率。据世界卫生组织统计，肺癌的五年存活率仅为15%。随着吸烟人数的不断上升和环境的持续恶化，肺癌发病率呈现出逐渐增高的趋势。研究表明，超过90%的癌症患者死于肿瘤的转移和扩散。肺癌转移是一个多基因参与、多步骤的复杂过程，其中癌细胞和细胞外基质的“亲密互动”是肿瘤转移过程中的一个很重要的事件。前期的研究在肺癌中发现一个新的抑癌基因LKB1，其功能性缺失突变在人类非小细胞肺癌中普遍高发，而且LKB1的功能丧失可以显著地促进肺癌的转移，但其具体作用机理一直不清楚。

季红斌课题组长期致力于肺癌发生、发展以及转移过程中的分子机理研究；葛高翔课题组则着眼于细胞微环境对肿瘤发生及转移的调控。两个课题组通过长期合作，从肺癌动物模型以及人肺癌细胞株的基因表达谱数据的整合性分析入手，并结合一系列的细胞实验、动物模型和临床样本的分析对LKB1抑制肺癌转移的分子机制进行了深入、细致的探讨。研究结果表明，肿瘤转移相关基因赖氨酰氧化酶LOX受LKB1下游mTOR-HIF-1a信号通路负调控，在LKB1缺失的情况下介导了肺癌的转移。研究还发现，LKB1基因功能性缺失的肺肿瘤中LOX的表达会上调，引起肿瘤胞外基质中胶原的过量沉积，进而通过激活b1-integrin信号通路增强细胞的侵袭能力来促进转移。在肺癌小鼠模型中给予LOX的抑制剂b-氨基丙腈或抑制LOX的表达可显著减轻肺癌的发生和恶性转移。进一步利用临床样本的研究还发现LOX的血清活性与肺癌转移及患者的临床预后显著相关。

这项研究博士生高益军、肖倩和马慧敏在季红斌研究员与葛高翔研究员的共同指导下完成的。该研究不但阐明了抑癌基因LKB1抑制肺癌转移的新机制，首次揭示了LKB1基因的功能性缺失通过影响肿瘤细胞外基质的重构来促进肺癌转移，同时还鉴定了LOX能够作为肺癌患者预后诊断的生物学标记物以及肺癌治疗中重要的分子靶点，为肺癌的临床诊治提供理论基础和新的策略。

（生物通：万纹）

原文摘要：

LKB1 inhibits lung cancer progression through lysyl oxidase and extracellular matrix remodeling

LKB1 loss-of-function mutations, observed in ∼30% of human lung adenocarcinomas, contribute significantly to lung cancer malignancy progression. We show that lysyl oxidase (LOX), negatively regulated by LKB1 through mTOR-HIF-1α signaling axis, mediates lung cancer progression. Inhibition of LOX activity dramatically alleviates lung cancer malignancy progression. Up-regulated LOX expression triggers excess collagen deposition in Lkb1-deficient lung tumors, and thereafter results in enhanced cancer cell proliferation and invasiveness through activation of β1 integrin signaling. High LOX level and activity correlate with poor prognosis and metastasis. Our findings provide evidence of how LKB1 loss of function promotes lung cancer malignancy through remodeling of extracellular matrix microenvironment, and identify LOX as a potential target for disease treatment in lung cancer patients.

作者简介：

季红斌

研究员，研究组长，博士生导师

电话：54921108
E-mail: [e-mail]


个人简介：
2007年-至今：中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所，研究员，研究组长
2004-2007年：美国哈佛医学院Dana-Farber Cancer Institute，先后为博士后，Instructor
2000-2004年：美国哈佛医学院Beth Israel Deaconess Medical Center，博士后
1995-2000年：中国科学院上海生物化学研究所，生物化学与分子生物学，博士
1991-1995年：吉林大学生化系，学士

研究方向：肺癌发病的分子机理

研究工作：
根据病理学上的差别，肺癌可以分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌，其中非小细胞肺癌又可细分为腺癌、鳞癌和大细胞癌。肺癌是当今全球范围内危害性最大的疾病之一，其中非小细胞肺癌患者的五年存活率仅为15%左右，而小细胞肺癌患者的存活率则更低。数十年来肺癌的致死率居高不下，其主要原因是由于缺乏有效的早期诊断和晚期治疗手段；进一步加深肺癌发病的分子机制研究将会改善这一现状。本课题组主要致力于肺癌发生、发展以及转移过程中的分子机理研究。我们通过对肺癌患者临床样本、人肺癌细胞株模型以及肺癌动物模型的整合性研究，寻找并鉴定能够对肺癌患者进行早期诊断的有效生物学标记物以及在肺癌治疗中重要的分子靶点，并进一步确证其在肺癌发病过程中的功能及其作用机理，以期为肺癌的临床诊治提供理论基础和新的策略。

人类肺癌相关基因的遗传学改变
癌症是正常细胞发生基因改变所引起的疾病，过去几十年的研究发现，包括癌基因、抑癌基因和DNA修复基因在内的一系列基因的改变与癌症的发生发展是密切相关的。为了鉴定与肺癌发病阶段相关的基因改变事件，我们与医院合作收集了不同病理分期的中国肺癌患者肿瘤样本，并进行基因组测序、基因表达谱及基因拷贝数变化的分析。通过整合性的生物信息学分析，我们将寻找与肺癌发生、发展以及转移相关的基因，并在体外肺癌细胞株模型和体内小鼠模型中验证这些基因的功能，阐明其作用机理。我们期望这些研究结果最终会对肺癌的临床研究包括肺癌的分子靶向治疗和患者预后评估起到意义深远的作用。

人类肺癌的动物模型
临床研究存在着高度的复杂性和不可操作性，因此建立能够真实地模拟人类肺癌发生、发展及转移的小鼠模型是目前亟需解决的问题。在过去的几年里，我们主要利用体内动物模型来研究肺癌发生、发展和转移相关的生物学过程。基于在人类肺癌研究中发现的某些关键原癌基因的突变，如EGFR和HER2激酶结构域的突变，我们建立了若干个可用强力霉素诱导基因表达的肺癌小鼠模型。为了更好地模拟人类肺癌的遗传学改变，我们目前正在建立一种更为复杂的动物模型，该模型的构建原理基于人类肺癌发生、发展过程中并行发生的癌基因或抑癌基因的改变。此外，通过对中国肺癌患者肿瘤样本的基因改变进行系统性分析，我们将寻找一些在肺癌发病过程中起重要作用的基因；利用条件性基因敲除、基因嵌合以及转基因小鼠技术，建立全新的肺癌小鼠模型以便更深入地研究肺癌发病的分子机理。毫无疑问，这些肺癌动物模型将会是我们探索肺癌发生、发展、浸润和转移机制的绝佳研究系统。

肺癌的转移
超过90%的癌症患者死于肿瘤的转移而非原发癌。 大约75%的肺癌患者在早期确诊时已经发生肿瘤的转移。遗憾的是，目前我们对于肺癌转移的机制还知之甚少。通过对人类肺癌样本进行系统性的遗传学分析，我们将寻找并鉴定与肺癌转移相关的基因；同时，我们还将特别关注那些在肿瘤细胞和肿瘤微环境(胞外基质、成纤维细胞和炎症细胞)相互作用中发挥重要功能的基因。在以往的研究中，我们已经鉴定出一个在非小细胞肺癌包括腺癌和鳞癌中高发突变的抑癌基因LKB1，动物模型的研究结果表明LKB1的失活在肺癌的分化、发展，尤其是转移过程中发挥着极其重要的作用；目前我们正在研究LKB1在肺癌转移中的作用机理。
此外，我们课题组的研究兴趣还包括以下几方面：1)寻找和鉴定可用于肺癌早期诊断的血清生物标记；2)研究miRNA在肺癌发生发展过程中潜在的功能和机制；3)研究在肺癌发生发展过程中起关键作用的代谢相关基因。

葛高翔

研究员，研究组长，博士生导师

电话：54921105
E-mail: [e-mail]


个人简介：
1992年-1996年南京大学生物化学系，理学学士；1996年-2001年中国科学院上海生物化学研究所，理学博士；2001年-2002年University of Tennessee Health Science Center，博士后；2002年-2007年University of Wisconsin-Madison，先后为博士后，Scientist；2007年起任中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所研究员，研究组长。

研究方向：细胞微环境对肿瘤发生及转移的调控

研究工作：
细胞对外界刺激的反应不仅取决于细胞本身特性，同时也受到细胞微环境(microenvironment)的调节。以上皮细胞为例，其细胞微环境包括细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)，生长因子/激素，蛋白酶等活性分子以及成纤维细胞，微血管，免疫系统等其它细胞形态。细胞微环境的组成也处于动态的平衡当中。细胞与细胞微环境的相互作用在组织发育以及疾病发生过程当中起到至关重要的作用。本课题组将主要以乳腺癌作为模型，利用生物化学，细胞生物学的手段以及小鼠模型研究在肿瘤发生及转移过程中癌症细胞与细胞微环境的相互作用，并着重研究：
1) 癌细胞对细胞微环境的调节。特别是成纤维细胞向癌症耦联成纤维细胞/活性成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs；reactive fibroblasts)的转化。
2) 癌症耦联的细胞微环境诱导上皮细胞的恶性转化。
3) 癌细胞对细胞微环境的入侵及肿瘤的转移。