GDF15在内质网应激IRE1α-XBP1通路促进肝癌发生发展中的作用机制研究

Endoplasmic reticulum (ER) stress activates the unfolded protein response (UPR) and has been implicated in a variety of cancers, including hepatocellular carcinoma (HCC). We have reported a dual role for inositol-requiring enzyme 1α (IRE1α), the ER-localized UPR signal transducer, in obesity-promoted HCC progression. The downstream molecular(s) or pathway(s) which link IRE1α to HCC development, however, is still unclear. In preliminary study of our current project, we found that growth differentiation factor 15 (GDF15) acts as a novel target gene of XBP1s in HCC cells according to the results of ChIP-seq. Furthermore, the overexpression of IRE1α or XBP1s dramatically give rise to GDF15 expression in HCC cells. To elucidate the role of GDF15 in IRE1α-promoted HCC progression, liver-specific IRE1α knockout mouse will be utilized in different mouse HCC models. Our study aims to illustrate the underlying pathological molecular mechanisms of IRE1α signaling in promoting HCC progression. Results of this study will support that targeting the IRE1α pathway may serve as an intriguing strategy for developing potential HCC therapeutics.

内质网应激协同其他许多信号通路在细胞和整个机体水平调控各种生理活动。申请人已发表的研究证实内质网应激蛋白IRE1α在肥胖促进脂肪性肝炎与肝癌的过程中发挥重要作用，但具体分子机制并不清楚。进一步我们采用染色质免疫共沉淀结合二代测序（ChIP-seq）分析发现IRE1α的下游剪接靶点XBP1蛋白大量富集于GDF15的启动子区域，细胞实验也初步证实IRE1α-XBP1信号途径可调控GDF15的基因表达。本项目拟以肝癌细胞系和肝细胞特异性敲除IRE1α的小鼠为研究工具，建立DEN肝癌模型和原位接种肝癌模型，结合临床标本分析，利用细胞生物学和分子生物学等手段探究IRE1α-XBP1途径通过直接调控GDF15表达促进肝癌发生发展的分子机制，揭示GDF15是IRE1α通路调控肝脏肿瘤生长的必需因子，为阐明肝癌的病理学基础提供新的视角。

内质网应激协同其他许多信号通路在细胞和整个机体水平上调控各种生理活动，我们既往已表的研究发现内质网应激感应分子IRE1a促进了肝癌的发生发展，在营养过剩状况下，进一步激活的IRE1a通过加剧肝脏炎症、提升细胞增殖促进肝癌的快速发生发展，同时肝癌患者肿瘤组织中IRE1a-XBP1通路的激活程度相对于癌旁组织显著升高。GDF15是细胞响应于外界刺激的应激反应因子，参与调控多种疾病的发生与发展。然而，GDF15在肝癌中的作用和机制研究甚少，对肝癌中GDF15功能的深入研究将有助于我们进一步认识肝癌发生发展的分子机制。本项目中，我们通过TCGA数据库和临床标本的收集检测，发现肝癌中GDF15高表达，与肿瘤进展正相关，与患者生存期负相关。在小鼠原发性肝癌模型中，我们一方面利用肝细胞特异性敲除IRE1a的转基因小鼠进行DEN诱导小鼠肝细胞肝癌模型，发现肝脏IRE1a的缺失显著降低肿瘤中Gdf15的表达抑制肝癌的发展；另一方面利用高压尾静脉注射IRE1a的过表达质粒和SB辅助质粒，构建小鼠原发性肝癌模型，发现肝脏IRE1a的过表达上调肝脏Gdf15的表达促进肝癌的发生。在体外细胞实验中，利用过表达和敲低、以及小分子抑制剂等手段，发现IRE1a通过XBP1调控肝癌细胞中GDF15的表达，而GDF15促进肝癌细胞的增殖。本项目探究了内质网应激感应分子IRE1a在肝癌细胞中调控GDF15的表达并明确其调控的分子机制；揭示GDF15介导了IRE1a通路对肝癌发生发展中的促进作用；提示GDF15可能可以作为一个肝癌诊断和预后判断的新型生物标志物，同时为了解肝癌的病理基础提供新的视角。