Neuropilin-2促非小细胞肺癌脑转移的机制研究

In China, annual increment of lung cancer patients is about 26.9%. Lung cancer has become the leading cause of death because of its metastasis to vital organs, especially the brain. Brain metastases (BMs) occur in 20–40% of advanced stage lung cancers and represent the most prevalent adult intracranial malignancy. Yet, BMs remain the least understood aspect of cancer biology. In our previous research, we acquired brain metastatic lung carcinoma cells (BMLCCs) from mouse models. And we performed genome-wide methylation profile analysis between parental lung carcinoma cells and BMLCCs. The results revealed that a large number of differential methylation regions (DMRs) changed drastically within brain metastatic cells, which might confer neuronal-like characteristics to BMLCCs. Moreover, BMLCCs are more prone to demethylation of NRP2 (Neuropilin-2). We also found that blocking NRP2 significantly reduced NRP2-driven BM in mouse models. NRP2 was reported to promote tumor metastasis, however, whether NRP2 could facilitate BMs of non-small cell lung cancer is not clear and the mechanisms are elusive. According to our previous results, we propose that NRP2 probably serves as a potential biomarker for diagnosis and a therapeutic target for treatment of BMs of lung carcinoma. Therefore, we try to deeply explore the underlying mechanisms of NRP2 in promotion of BMs in non-small cell lung cancer.

我国肺癌年递增约为26.9%，20%-40%的恶性肺癌病人发展为脑转移。肺癌脑转移已成为最流行的颅内恶性肿瘤之一, 也是肺癌致死的主要原因。然而，关于肺癌脑转移的研究仍相对欠缺。前期研究中，我们对原位及脑转移肺癌细胞进行了全基因组甲基化测序。结果表明，与原位肺癌细胞相比，脑转移肺癌细胞基因组甲基化水平发生了巨大改变。我们观察到脑转移肺癌细胞表型发生了神经样改变，考虑是受表观遗传等因素影响。其中，脑转移肺癌细胞Neuropilin-2（NRP2）发生了大量去甲基化。在小鼠模型中，我们验证了NRP2能够在早期促进肺癌脑转移。NRP2促肿瘤转移的报道由来已久，但仍不清楚其是否能促非小细胞肺癌发生脑转移。根据前期的研究结果，我们有理由假设NRP2很可能作为诊断和治疗肺癌脑转移的潜在生物标志物及靶点。因此，本项目的主要研究任务是阐明NRP2促非小细胞肺癌脑转移的潜在机制。

肺癌细胞具有一定的“嗜脑性”，是最好发脑转移的肿瘤细胞之一，也是导致患者死亡的重要因素。肺癌脑转移机制较为复杂，牵涉肿瘤细胞对脑微环境的适应性及肿瘤细胞与微环境的相互作用。目前也缺乏较为特异的生物标志物，用于判断肺癌脑转移的发生发展。在本项目前期研究中，我们发现高脑转移能力的肺癌细胞表型发生了神经样改变。随后，我们对其进行了全基因组甲基化测序，发现在神经样改变中最为突出的分子事件是NRP2的去甲基化，去甲基化导致了脑转移肺癌细胞中NRP2的mRNA水平显著上调。在本项目执行过程中，我们进一步发现脑转移肺癌细胞与原位肺癌细胞相比，NRP2的总蛋白表达水平无显著差异，而在细胞膜上，胞浆和胞核内的表达则显著下调。根据以上现象，结合转录组测序结果，我们推测NRP2蛋白极可能被分泌到细胞外。因此，我们对肺癌脑转移细胞的胞外囊泡进行了鉴定，结果证实了NRP2可被囊泡所分泌，且我们证实了这种分泌作用具有一定的特异性，表现为与脑转移肺癌细胞相比，原位肺癌细胞，肺癌骨转移细胞，乳腺癌脑转移细胞及正常上皮细胞很少分泌NRP2。我们还证实，脑转移肺癌细胞中NRP2具有很强的多聚唾液酸化水平，这种修饰促进了其外排，进而促进了脑内内皮细胞的招募和血管的生成。在脑转移肺癌细胞中，NRP2的表达也使得这些细胞更抵抗酪氨酸激酶抑制剂的杀伤作用。从临床相关性角度分析，NRP2在肺癌病人中的高表达能显著降低病人的存活率，结合其较为特异的分泌特性，NRP2具有成为肺癌脑转移生物标志物的潜力。在扩展研究中，我们也发现NRP2对NF-κB具有抑制作用，这使得我们继续探索NRP2对免疫微环境的调控作用，这也为该蛋白在肿瘤免疫及自身免疫性疾病中的研究奠定了良好的基础。