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癌症已成为当今社会危害人类生命健康的最广泛、最恶劣的疾病,深入研究癌症的发病机理及生物学特征对于临床的诊断和治疗都具有重要的意义。研究证实,癌症具有很多不同于正常组织的特性,其中就包括肿瘤细胞对抑癌信号失去响应。TGF-β信号通路由于广泛地发挥着抑制正常上皮细胞及血液细胞生长的功能,在癌症发生的早期是一个重要的抑癌信号。癌细胞自身建立起许多逃逸TGF-β信号的分子机制。例如TGF-β信号通路中的核心蛋白SMAD4在胰腺癌和一些消化道肿瘤中会发生高频率的缺失和突变。但是在很多其它类型的癌症中却极少出现Smad4基因的变异,这表明肿瘤细胞中可能存在其它特异的导致TGF-β信号失活的调控。因此进一步探索TGF-β与其它信号通路之间的互作将有利于更深入地揭示在癌症中TGF-β信号的功能。在TGF-β-SMAD信号通路中,SMAD4是一个非常关键的成员:它是唯一的Co-SMAD,是信号传递的枢纽;也是一个抑癌因子,受到很多翻译后修饰的精细调控。所以我们的研究思路是选择SMAD4蛋白作为切入点,通过筛选SMAD4相互作用蛋白,寻找与TGF-β信号互作的重要因子。在我们实验室之前的研究工作中筛选到了可以直接磷酸化修饰SMAD4并使其失活的酪氨酸激酶,即间变性大细胞淋巴瘤激酶ALK.ALK是一个原癌基因,它可以通过突变或染色体异位的方式产生出具有组成性激酶活性的各种变异体。ALK的变异体可以在很多不同类型的癌症肿瘤中表达,进而驱动癌症的发生发展。最常见的ALK 阳性肿瘤有间变性淋巴癌、非小细胞肺癌、神经母细胞瘤和炎性乳腺癌等等。本课题我们围绕癌细胞中ALK对TGF-β信号通路的调控进行了更深入的研究。实验表明,ALK磷酸化SMAD4并抑制TGF-β信号的这一调控效应不仅仅存在于表达NPM-ALK的间变性大细胞淋巴瘤中;在表达EML4-ALK的非小细胞肺癌和表达ALK-F1174L的神经母细胞瘤中也同样存在,即ALK对TGF-β的调控具有广泛性。此外我们探究了 ALK使SMAD4蛋白失活的分子机制。实验表明ALK对SMAD4的磷酸化不影响SMADs复合物的形成、入核;也不影响SMADs与转录共激活因子p300/CBP的相互作用;但是会直接影响SMAD4与DNA的结合能力,从而影响SMADs复合物靶向下游基因启动子区的效率。随后我们利用裸鼠荷瘤实验证实,ALK抑制TGF-β信号对于其在肿瘤细胞中发挥促癌作用具有十分重要的意义。当ALK 阳性的淋巴癌细胞中SMAD4不被酪氨酸磷酸化,就会激活TGF-β信号从而抑制肿瘤的发生发展。同时,我们在对人淋巴瘤样本的分析中发现ALK与pY-SMAD4具有正相关性,肿瘤组织中ALK 阳性的部位都可以检测到pY-SMAD4的信号。这一系列的研究结果表明,在病理条件下ALK对SMAD4的修饰作用广泛存在,并且是解释ALK诱导肿瘤发生过程的一个重要的病理机制。最后我们初步探索了 ALK在TGF-β诱导的EMT中的作用。实验证明ALK不仅不会抑制TGF-β诱导的EMT,反而有一定的促进作用。并且ALK自身会诱导上皮细胞在一定程度上产生间充质的表型。那么,ALK通过怎样的途径促进TGF-β诱导EMT,是作用于SMAD通路还是non-SMAD通路?ALK在癌症发展的不同阶段怎样实现对TGF-β信号调控方式的转换和精确控制?还有很多问题有待进一步的实验研究。综上所述,我们利用不同类型的癌细胞,结合小鼠肿瘤模型和人的临床肿瘤样本,深入研究了 ALK和TGF-β的信号互作在癌症发生发展的不同阶段的作用。我们的研究结果,揭示了 ALK诱导肿瘤的新的病理机制;同时对TGF-β在癌症中扮演的角色和受到的调控有了新的补充。我们创造性地提出在肿瘤中SMAD的失活不仅仅通过基因的变异或蛋白稳定性的调节,还可以直接通过蛋白质的磷酸化修饰。在未来的研究中,我们试图发现其它直接磷酸化SMAD4的原癌基因(其中大部分可能是酪氨酸激酶),并在其它的癌症(如乳腺癌)中检测pY-SMAD4的水平。如果pY-SMAD4广泛地存在于临床中多种类型的肿瘤样本中,它很有希望成为一个新的肿瘤标记,指示TGF-β信号的失活和癌症的恶性程度。