口腔鳞癌-神经交互调控中GDNF-RET-SEMA4D轴促进肿瘤血管生成的机制研究

Solid tumors depend on angiogenesis to sustain their growth. Characterizing information regarding the regulation mechanism of tumor angiogenesis will provide a new strategy for the therapy. We have demonstrated an interaction of oral squamous cell carcinoma and nerve fibers that glial cell line derived neurotrophic factor (GDNF) can activate RET to promote invasion and immune escape of tumor cells; further study revealed that GDNF can upregulate angiogenic SEMA4D expression in oral squamous cell carcinoma; clinical specimens revealed that microvessel density was significantly increased in perineural carcinoma tissue, and positively correlated with GDNF expression; Cytology experiments also revealed that GDNF could promote tumor angiogenesis. Therefore, we hypothesized that in oral squamous cell carcinoma - nerve interaction environment, nerve drived GDNF can promote angiogenesis by promoting the expression of SEMA4D in tumor cells. We will utilize molecular biology, cell biology and animal experiment, to demonstrate the role of GDNF on modulating tumor cell SEMA4D expression in oral squamous cell carcinoma, and clarify its role in the regulation of tumor environment. Finally，we will revealing the effect and mechanism of GDNF-RET-SEMA4D axis in promoting tumor angiogenesis in the tumor microenvironment， and demonstrating the feasibility as a new anti nerve - angiogenesis therapeutic targets for oral squamous cell carcinoma.

肿瘤血管生成对实体瘤的生长、侵袭和转移起关键作用。研究肿瘤血管生成的调控机制将为肿瘤治疗提供新策略。课题组前期研究已发现口腔鳞癌-神经交互调控现象，胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）可通过激活其受体RET促肿瘤细胞侵袭和免疫逃逸；进一步通过转录组学分析发现GDNF能显著上调口腔鳞癌细胞中促血管生成基因SEMA4D表达；临床样本发现神经周癌组织内微血管密度显著升高，与GDNF正相关；细胞学也初步发现GDNF能促肿瘤血管生成。因此我们提出假说：在口腔鳞癌-神经交互调控中，神经纤维可通过GDNF-RET轴上调肿瘤细胞SEMA4D表达进而促进血管生成。本项目将通过分子生物学、细胞生物学及实验动物学手段，阐释神经源性GDNF上调肿瘤细胞SEMA4D表达的机理和功能；探讨GDNF-RET-SEMA4D轴在肿瘤微环境中促血管生成的作用及机制，探索其作为口腔鳞癌抗神经-血管生成治疗靶点的可行性。

癌痛是肿瘤患者最常见的主诉症状之一，随着肿瘤发展，癌痛愈发强烈且难以控制，同时其也与更差的整体生存率密切相关，这些临床表现提示肿瘤发展与癌痛间存在恶性循环。伤害性感觉神经感知、传导癌痛并引起多种应激情绪反应，课题组长期以来以口腔粘膜为模型聚焦神经-肿瘤交互调控，首次揭示了肿瘤细胞在面临肿瘤微环境中营养物质匮乏时可主动“劫持”伤害性感觉神经以维持自身生长需求。 .本项目在研究过程中发现小鼠和人肿瘤微环境中存在密集分布的伤害性感觉神经末梢，通过化学及基因调控发现阻断伤害性感觉神经可以显著抑制舌移植瘤的生长。通过TCGA泛癌分析、PET-CT成像及多种体内模型发现：口腔黏膜恶性肿瘤处于一种葡萄糖匮乏的肿瘤微环境中，借由各类体内外挽救实验发现：伤害性感觉神经对肿瘤细胞的促生长作用依赖于乏糖环境。通过体外筛选、共培养模型及伤害性感觉神经特异CGRP敲除/过表达小鼠模型发现：伤害性感觉神经通过降钙素基因相关肽（CGRP）促进肿瘤细胞在乏糖环境下的生长，而CGRP可以激活肿瘤细胞内Rap1以阻碍Raptor-mTOR的相互作用，从而促进肿瘤细胞在乏糖环境下的细胞保护性自噬。同时肿瘤细胞在营养物质匮乏条件下，主动上调多种因子以主动“劫持”伤害性感觉神经合成、分泌CGRP。.以这些分子机理为基础，课题组发现抗糖酵解治疗和抗血管生成治疗这两类肿瘤饥饿疗法都能显著增强肿瘤细胞-伤害性感觉神经间的交互作用，而CGRP受体拮抗剂可以显著增强肿瘤饥饿治疗的疗效。.总结本项目研究，课题组发现肿瘤细胞在营养匮乏时，可以主动“劫持”伤害性感觉神经合成与分泌CGRP，从而促进自身细胞保护性自噬。而使用药物阻断伤害性感觉神经与肿瘤细胞的交互可以显著增强肿瘤饥饿治疗的疗效，为理解神经调控肿瘤发展提供了生物学角度的新机制，也提出了使用一类临床偏头痛用药以增强肿瘤饥饿治疗的新策略。