HIF-1调控MAN2A1参与胰腺癌转移分子机制及临床意义

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背景:  胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,简称PDAC)近些年来,无论是在中国还是西方发达国家,发病率呈现出逐年的上升趋势。众所周知,PDAC的恶性程度很高、侵袭性很强,其患者5年期生存率不到6%。尽管在医学专家及科研人员的不懈努力下,在诸多领域内出现了一些进步,比如外科手术、化疗、靶向药物和放疗的领域,但目前看来PDAC患者的预后仍然非常不容乐观。截止目前外科手术切除仍是当前PDAC治疗中最有效的治疗方法。因此,如何提高对PDAC侵袭、转移机理的认识,如何对PDAC患者的预后精确分层,今后很长一段时间来讲,对于PDAC治疗效果的提高,精准识别,都颇有意义。  众所周知,组织低氧(Hypoxia)是PDAC生长的重要微环境之一。HIF-1α(Hypoxia-inducible factor-1α)是在组织处于低氧状态时因适应性而产生的一类转录因子,能与具有特异性的低氧反应元件(hypoxia-responsive element,HRE)(5,-RCGTG-3,)特异性结合;而且低氧反应元件HRE区在与HIF1α相互作用中一直处于保守状态结合。国内外有众多课题组的大量研究显示:HIF-1α在PDAC组织中呈现出高表达状态,而且介导了大量的适应性病理反应与生理反应,其与PDAC的纤维化过程(Fibrosis)、血管生成过程(Angiogenesis)、细胞侵袭过程(Invation)等肿瘤的进展危险因素都密切相关。HIF-1α在参与细胞低氧调控的转录因子中,其作用是非常强的,而且也是比较核心的,因而被国内外科研人员广泛、深入的研究。有诸多的科研机构研究分析发现,HIF-1α在PDAC组织中呈高表达状态,而在正常胰腺实质组织(Parenchymal tissue)中却很难发现HIF-1α的表达,从而研究人员不难推测出HIF-1α很有可能在PDAC恶性表型的进展中发挥了作用。而且也有研究人员发现在PDAC发生侵袭转移(Metastasis)的过程中,HIF-1α可能诱导了多种侵袭转移相关因子和不同酶类的恶性表达,从而使肿瘤细胞的表型发生了巨大转变,最终发生了PDAC的局部侵袭和远处转移。  MAN2A1(mannosidase,alpha,class2A,member1,简称MAN2A1),属于Ⅱ类α-甘露糖苷酶,有研究指出其在恶性肿瘤细胞的预后不良中发挥了巨大作用。如何进一步认识理解该因子,如何明确其在PDAC中发挥的恶性作用,对于进一步认识MAN2A1及PDAC具有重要意义,或在未来有可能成为肿瘤治疗新靶点。在课题组的前期工作中已经揭示,MAN2A1蛋白在PDAC中,相较于正常胰腺组织及细胞系来说,其表达水平更高而且与PDAC的不良预后密切相关。故而课题组设计了本实验,拟从临床、细胞分子等诸多水平探索PDAC中MAN2A1的功能、意义、调控机制,从而加深对MAN2A1及PDAC的认识,提高对PDAC的诊治水平。  方法:  1.应用PDAC组织石蜡切片标本,进行HIF-1α、MAN2A1地连续切片免疫组化染色(IHC),分析MAN2A1的不同表达程度和HIF-1α表达的相关性;进一步搜集临床病例资料及预后随访资料,分析MAN2A1表达水平与临床病理学参数之间的关系。  2.应用Western blot等实验技术检验不同处理(乏氧、常氧条件下及不同处理HIF-1α条件下)PDAC细胞系中MAN2A1的表达水平;应用免疫荧光技术(IF)检验MAN2A1在PDAC细胞中的细胞表达及定位。  3.应用瞬转小RNA干扰技术,以及分子克隆的方法,构建HIF-1α及MAN2A1过表达质粒和HIF-1α、MAN2A1shRNA降表达质粒,以构建不同分子表达的细胞系;用Western blot等检验方法,鉴定HIF-1α、MAN2A1等不同表达的细胞系;应用TRANSWELL迁移、侵袭实验及划痕实验检验所构建细胞表达MAN2A1的不同生物学功能。  4.应用Western blot、CHIP及免疫荧光实验检验HIF-1α与MAN2A1启动子HRE区结合情况,及分析HIF-1α调控MAN2A1基因转录激活的能力,及调控靶标的分子机制。  5.尝试构建裸鼠胰腺原位肿瘤细胞转移模型;体内验证MAN2A1促PDAC转移的作用。  结果:  1.在人PDAC切片组织中、新鲜肿瘤组织中及PDAC细胞系中,MAN2A1呈现胞浆高表达,并连续切片组织IHC分析与HIF-1α的表达具有相关性(rs=0.359)。MAN2A1的表达与PDAC的淋巴结(LN)转移相关,并与预后呈负相关。  2.低氧处理人PDAC细胞系,可以诱导MAN2A1在mRNA和蛋白水平的表达上调;通过RNAi干扰技术沉默HIF-1α的表达,可以抑制MAN2A1的表达。CHIP及双荧光素酶实验显示,HIF-1α可以结合于MAN2A1基因启动子HRE区,并可以上调MAN2A1启动子区的活性,激活转录活性。  3.通过RNAi干扰技术沉默MAN2A1的表达可以引起人PDAC迁移侵袭能力下降;而过表达MAN2A1,可以使其能力提升。通过Wetsern blot分析,MAN2A1可以上调Vimentin的表达,减少E-cadherin的表达,引起WNT/SNAIL信号通路的激活,通过上皮间质转化(EMT),引起PDAC迁移侵袭能力的加强。  4.裸鼠胰腺癌原位成瘤转移模型构建失败;未能完成体内动物实验。  结论:  1.MAN2A1蛋白在人PDAC切片组织、新鲜组织及细胞系中表达量异常升高;PDAC组织中,MAN2A1表达水平较高的患者预后更差。  2.在PDAC细胞系中,MAN2A1降表达后,抑制了WNT/SNAIL信号通路,波形蛋白(Vimentin)的表达下调,E-钙粘附蛋白(E-cadherin)的表达上调,逆转了上皮间质转化(EMT),从而抑制肿瘤的转移能力。
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