BMP2信号的活化在促进肺腺癌定向骨转移中的作用及机制研究

Bone metastasis usually happens in late stages of lung adenocarcinoma. However, molecular mechanisms of bone metastasis in lung adenocarcinoma remain largely unknown. According to previous reports and our studies, we propose a hypothesis that activation of BMP2 signaling plays a significantly enhancing role in bone metastasis of lung adenocarcinoma. In this project, we will analyze the expression levels of BMP2 through Elisa and activation of BMP2 signaling through examing p-Smad1/5/8 by Western blot and immunofluorescence in bone metastasis tissues to research functions of BMP2 in bone metastasis of lung adenocarcinoma. Meanwhile, we will test if bone metastasis of lung adenocarcinoma cells enhanced after they are injected into tail veins of mice with BMP2. Moreover, methods for cell biology, wound healing, transwell, tumor cells co-cultured with osteoblast cells well be used to test the migration, invasion and osteolysis ability of lung adenocarcinoma cell lines in vitro to further support our hypothesis. Autocrine BMP2 from tumor cells or BMP2 from fibroblast cells and osteoblast cells in tumor microenvironment to play roles in lung adenocarcinoma bone metastasis will also be examined. Finally, we will exam if BMP signaling inhibitors can inhibit bone metastasis in lung adenocarcinoma to provide potential clinical therapy drugs.

骨转移是肺腺癌最常发生的转移，其分子机制尚缺乏研究。据文献报道和本课题组前期结果，我们提出BMP2信号活化促进肺腺癌发生定向骨转移的假设。本项目将在小鼠肺腺癌骨转移模型中，应用Elisa方法检测骨转移组织BMP2的水平，Western blot和免疫组化检测骨转移组织p-Smad1/5/8的水平研究骨转移组织BMP2信号的活化；将肺腺癌细胞系用BMP2活化后从尾静脉注射到小鼠中，直接观察BMP2对其定向骨转移能力的作用。通过细胞学实验，伤口划痕，transwell，肿瘤细胞与破骨细胞共培养等，检测BMP2信号对肺腺癌细胞迁移、侵袭和溶骨的作用，为BMP2信号活化促进肺腺癌的骨转移提供佐证。并探究肿瘤细胞自分泌BMP2与肿瘤微环境中纤维细胞、成骨细胞分泌的BMP2对肺腺癌骨转移的作用。最后将在动物模型中，研究BMP信号抑制剂能否抑制肺腺癌骨转移的发生，为临床治疗提供潜在药物。

非小细胞肺癌（NSCLC）晚期易发生远处转移。骨转移是非小细胞肺癌最常见的转移之一，其预后不良，但其分子机理目前尚不明确。据报道，NSCLC中BMP2的高表达与不良预后相关，但是，BMP2是否有助于NSCLC骨转移尚不清楚。我们在小鼠Lewis肺癌的骨转移组织中发现了BMP信号的激活，并且BMP2信号的激活可以直接增强Lewis肺癌的骨转移。肿瘤组织中的BMP2主要由间质成纤维细胞分泌，BMP2可以促进NSCLC细胞的迁移和侵袭，同时协同肿瘤细胞增强巨噬细胞向破骨细胞的分化，从而在NSCLC骨转移的溶骨机制中发挥作用。有趣的是，NSCLC细胞还可以将BMP2富集到前成骨细胞，诱导肿瘤性成骨作用，从而在NSCLC骨转移的成骨机制中发挥作用。我们还发现PNMA5是BMP2信号的直接靶基因，其在Lewis肺癌的骨转移组织中的表达高于肺转移组织。 PNMA5的过表达不仅可以促进NSCLC细胞的迁移和侵袭，而且可以促进肿瘤诱导的破骨细胞分化。然而，沉默 Lewis肺细胞中PNMA5基因可阻止BMP2信号传导诱导的Lewis肺细胞的迁移和侵袭，以及BMP2信号促进的肿瘤诱导的破骨细胞分化也可以被阻断。BMP2信号通路亦可在体内通过PNMA5基因促进Lewis肺癌的骨转移。上述研究结果表明BMP2信号通过其直接下游靶基因PNMA5增强NSCLC骨转移。我们的结果首先证明了BMP2信号传导在增强NSCLC骨转移中所起的作用，及其详细机制。这些发现为通过抑制BMP2信号传导来预防和治疗NSCLC的骨转移提供了新的潜在选择。