非小细胞肺癌中抑癌基因STK11的突变分析及其敏感药物的筛选

The Serine-Threonine Kinase 11 (STK11/LKB1) plays an important role in regulating cell energy metabolism, cell proliferation, apoptosis and migration. STK11 as a tumor suppressor gene, losing function due to mutation is an important factor in the development of tumor. In non-small cell lung cancer (NSCLC), STK11 and gene mutations with targeting drugs are mutually exclusive, that makes patients harboring STK11 rarely to benefit from target therapy. In previous studies, we have analyzed STK11 mutation in NSCLC and selected candidate drugs from drug response database using bioinformatics methods. In our application, we will use biological experiments combined with known knowledge about STK11 mutation to study the molecular mechanism of drug candidates. This project will not only provide new candidate drugs and solution strategy for NSCLC patients but also provide theory basis for discovery drugs for cancers.

丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶11(STK11,亦称LKB1)在调节细胞能量代谢、细胞增殖、细胞凋亡和迁移等方面有重要的作用。STK11作为抑癌基因，其突变后功能丧失，是肿瘤发生发展的一个重要因素。在非小细胞肺癌(NSCLC)中，具有STK11突变的病人很少带有能够被靶向治疗的基因突变(EGFR等)，导致此类病人无法受益于靶向药物治疗。在前期研究中，我们发现STK11在非小细胞肺癌中的突变频率很高，并利用药物反应数据库从中筛选出了对STK11突变具有特异敏感性的候选药物。本项目在此基础上，拟进一步运用细胞生物学实验并结合STK11突变相关的信号通路知识对候选药物的作用机理进行研究。本课题将为NSCLC的治疗提供新的候选药物和解决策略，为抗肿瘤药物的筛选提供借鉴和理论依据。

本项目我们利用NCI-60药物反应数据库，发现了NSC642277、NSC628676和Etoposide三种候选药物对STK11突变的NSCLC具有特异敏感性。我们通过在肿瘤细胞系水平上和PDX移植瘤动物水平上验证了此三种候选药物对STK11突变肺癌的敏感性。在细胞水平上，我们比较了候选药物对STK11突变和STK11野生型的非小细胞肺癌细胞的药物反应。此外选取STK11稳定表达的非小细胞肺癌细胞，利用RNAi技术敲除沉默STK11，观察候选药物对STK11稳定表达和STK11沉默的肿瘤细胞增殖的影响。在动物水平上，通过皮下接种肿瘤细胞A549（突变STK11的细胞株）和A549-STK11（STK11功能恢复的细胞株）构建了PDX移植瘤模型。通过两个月灌胃候选药物Etoposide后，观察到依托泊甙可以明显抑制A549-mt（突变STK11的细胞株）肿瘤的生长。STK11作为人体细胞的抑癌基因之一，它可以直接磷酸化AMPKa亚单位上的172苏氨酸而激AMPK。所以我们首先检测了在恢复STK11功能的非小细胞肺癌细胞中AMPK的活性。我们的实验结果表明，STK11突变的癌细胞由于STK11的功能性恢复，AMPK的磷酸化水平明显提高。同时三种候选药物对STK11突变的NSCLC的特异敏感性也是通过STK11/AMPK通路来实现。我们利用非小细胞肺癌细胞模型和动物模型，揭示候选药物对具有STK11突变的非小细胞肺癌的特异敏感性。本课题将为NSCLC的治疗提供新的候选药物和解决策略，为抗肿瘤药物的筛选提供理论依据。