SENP3应答细胞氧化应激调控转录因子修饰的机制及其在胃炎相关胃癌中的作用

Chronic inflammation induces oxidative stress and adaptation of cells. But, it is not clear whether reactive oxygen species (ROS) regulate protein modifications to mediate the processes during which a normal cell acquires, and a cancer cell enhances, the malignant phenotypes. Our previous study showed that a SUMO protease SENP3 is induced by ROS and mediates oxidative stress to promote cancer progression. Our recent work indicated that SENP3 enhances the inflammatory reaction of the macrophages and oxidative stress in epithelial cells in gastritis, and regulates protein SUMOylation leading to suppression of p53, a tumor suppressing transcription factor (TF), activation of FoxC2, an EMT-promoting TF, and ect. We thus proposed the hypothesis that SENP3 could be a mediator in initiation and progression of the gastritis-related carcinoma. The present project will use the SENP3 gene-interfered cell and mouse models, the gastritis-gastric cancer mouse models and the patient's specimens to study how SENP3 enhance the inflammatory cytokine expression by the macrophages to induce the tumor-promoting microenvironment, and in particular, to study how SENP3 regulate SUMOylation of a series of TFs to form a tumor-promoting gene expression profile in gastric epithelial cells. The purposes of these studies are to elucidate the mechanisms of ROS on cancer initiation and progression via regulation of protein modifications.

慢性炎症造成细胞氧化应激和适应。在炎症微环境下正常细胞获得恶性表型和肿瘤细胞增强其恶性表型，是否由活性氧调控蛋白质修饰而介导尚不清楚。我们既往研究证明SUMO蛋白酶SENP3被活性氧所诱导累积，介导氧化应激反应，有促进肿瘤发展的作用（EMBO J）。我们最近的研究结果提示：SENP3可以促进胃炎巨噬细胞的炎症反应和胃上皮细胞的氧化应激，并造成上皮细胞蛋白质修饰改变，引起抑癌转录因子p53失活和诱导EMT的转录因子FoxC2激活。因此，我们提出SENP3可能在胃炎相关胃癌发生和发展中作为介导者的假说。本课题拟用细胞、基因敲除小鼠和胃炎-癌模型以及病人标本为对象，研究巨噬细胞中SENP3促进炎症因子表达形成肿瘤微环境的作用，重点研究炎症环境下胃上皮细胞中SENP3如何调控一系列转录因子SUMO化修饰而形成有利于肿瘤细胞的基因表达格局，以阐释活性氧通过调控蛋白质修饰介导炎症对肿瘤发生发展的作用。

在氧化应激下被调控的蛋白质修饰是否促进炎症微环境中正常细胞获得恶性表型和肿瘤细胞增强其恶性表型尚不清楚。我们既往研究证明SUMO蛋白酶SENP3被活性氧所诱导累积，介导细胞的氧化应激反应，并在胃炎组织的巨噬细胞中增多，因而提出SENP3可能在胃炎-胃癌发生和发展中作为介导者的假说。本课题制备了SENP3基因在巨噬细胞条件性敲除的小鼠，并用幽门螺杆菌和化学致癌剂灌胃制备胃炎-胃癌小鼠模型，同时收集数百份病人标本，研究巨噬细胞中SENP3促进炎症因子表达形成肿瘤微环境的作用，研究炎症环境下胃上皮细胞中SENP3如何调控一系列转录因子SUMO化修饰而形成有利于肿瘤细胞的基因表达格局。结果发现幽门螺杆菌共培养或脂多糖刺激巨噬细胞可以诱导SENP3累积，SENP3通过实施对MKK7激酶去除SUMO强化了其激酶活性，促进JNK磷酸化和下游转录因子AP-1活性，对白介素-6、肿瘤坏死因子等一系列炎性细胞因子的表达发生增强作用。这一对巨噬细胞的炎症应答的激活作用又影响到淋巴细胞，最终在胃炎-胃癌前病变（肠化生）的慢性过程中明显促进病理变化。在已经发生的胃癌和头颈部癌组织中，上皮细胞受到烟草化合物或白介素-6以及过氧化氢刺激发生氧化应激，也能诱导SENP3累积，SENP3通过对Stat3、Sp1、FoxC2等一系列转录因子去除SUMO的调控，促进这些转录因子的活性，造成下游靶基因表达的新格局，带来细胞增殖、炎性反应、迁移、上皮向间质细胞转化（EMT）等效应。这些证据证实了我们的假说，证明SENP3调控蛋白质的SUMO化而起到促炎和促癌作用，是胃炎-胃癌进展中的重要角色，为阐释活性氧通过调控蛋白质修饰介导炎症对肿瘤发生发展的作用提供了新的机制。课题实施中还发现了SENP3在自噬、有丝分裂等事件中的底物和调控效应，为探究该分子的广泛生理病理效应提供了线索。项目成果已发表标注论文5篇，待发表和准备中论文约6篇。