PTEN缺失导致Runx2激活的分子机理及其在前列腺肿瘤发生和转移中的作用

Prostate cancer (PCa) is the most commonly diagnosed malignancy and the second leading cause of cancer death in men, but the etiology of this disease is not fully understood. The tumor suppressor gene PTEN is frequently mutated, deleted or expressed at reduced levels in human PCa. Runt-related transcription factor 2 (Runx2) has been implicated in human metastatic PCa. However, whether it plays a causal role in prostate epithelial cell transformation and prostate oncogenesis remains elusive. Our previous studies show that Runx2 overexpression correlates with reduced expression of PTEN in a cohort of human PCa specimens. Our preliminary data show that PTEN knockdown upregulates Runx2 target gene expression, increases serine/threonine phosphorylation on Runx2, enhances Runx2's interaction with protein acetyltransferase p300, and induces an increase in the levels of RNA polymerase II phosphorylated at serine-2 in heptad repeats (Pol II-S2p) at Runx2 target gene loci. By generating Runx2 conditional transgenic mice, we demonstrate that prostate-specific overexpression of Runx2 alone induces prostate epithelial cell transformation and low-grade prostate intraepithelial neoplasia (PIN), but in combination of Pten heterozygous deletion, causes early-life high-grade PIN/low-grade PCa (early prostate cancer). The objectives of this application are to determine how mechanistically PTEN inactivation affects Runx2 occupancy on chromatin and enhances Runx2-mediated gene transactivation in PCa cells, and to establish the role of Runx2 overexpression and PTEN haploinsufficiency in PCa initiation and in development of advanced PCa. This knowledge will lay the foundation for development of new therapeutic strategies that will improve the clinical outcome of PCa patients, especially those with PTEN and Runx2 alterations.

前列腺癌（PCa）是常见的恶性肿瘤之一，但其发生及转移的分子机制仍不很清楚。研究表明，肿瘤抑制因子PTEN常在肿瘤中缺失或突变；Runt-related转录因子2（Runx2）与前列腺肿瘤发生及转移密切相关。我们分析临床样本发现，前列腺肿瘤中，PTEN缺失总伴随着Runx2的高表达，而且与肿瘤的发生和转移相关。预实验结果也显示：细胞中PTEN表达缺失能显著提高Runx2的转录活性；小鼠体内，仅PTEN缺失不能引发前列腺肿瘤，但PTEN缺失并Runx2高表达就能产生前列腺肿瘤并引起转移。这些结果提示：PTEN缺失不仅与Runx2高活性有关，而且PTEN缺失联合Runx2高表达与前列腺肿瘤的发生和转移密切关联。本课题在此基础上，以前列腺肿瘤细胞、基因工程小鼠为研究模型，探究PTEN缺失激活Runx2的分子机理及其在前列腺肿瘤发生及转移中的作用机制，为探寻有效的临床治疗方案和药物积累理论基础。

前列腺肿瘤是中老年男性人群易发的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率在西方国家男性恶性肿瘤中分别位居第一和第二；在我国，随着经济和生活水平的迅猛提高以及临床检测手段的现代化，前列腺肿瘤的发病率和死亡率呈快速上升趋势，分别位居第六和第九。因此，研究前列腺肿瘤分子病因学并开发有效治疗药物就显得尤为紧迫。本项目通过临床肿瘤样本的高通量测序以及血液样本相关组学数据的分析，在确定前列腺肿瘤异常表达基因CXCL13、NCAPD3、AZGP1和TNS4的基础上，探究其与前列腺肿瘤发生发展的关系和机制，并围绕NCAPD3进行一系列分子调控机制探讨；此外，对异丹叶大黄素和根皮素抑制前列腺肿瘤的分子机制进行了探究。同时，对江苏省中医院名老中医治疗前列腺肿瘤的中药方（TCM-1/CFF-1）在细胞和小鼠模型水平进行了作用机制研究，为开发治疗前列腺肿瘤的中药积累资料。通过这些研究，我们发现：（1）CXCL13、AZGP1和NCAPD3在前列腺肿瘤中高表达，是Androgen/AR信号通路的下游基因，并参与Androgen/AR信号通路对前列腺肿瘤发生发展的调控；AR通过结合CXCL13和NCAPD3基因的增强子区的ARE结合位点进而调节其基因的表达。（2）NCAPD3通过调节CyclinD1、EZH2和MALAT1的水平，激活AR，进而调节前列腺肿瘤的发生发展和转移；因此，AR通过调节NCAPD3进而调节CyclinD1、EZH2和MALAT1，再反馈激活AR，形成环形的放大激活，最终促进前列腺肿瘤发生发展。（3）TNS4在前列腺肿瘤中低表达，有肿瘤抑制基因功能，TNS4通过调节STAT1磷酸化水平和总蛋白水平以及USP13的作用方式进而抑制前列腺肿瘤细胞的生长，同时TNS4还通过抑制细胞EMT过程抑制肿瘤细胞的转移。（4）复方中药TCM-1/CFF-1不仅通过抑制EGFR相关信号通路进而抑制前列腺肿瘤细胞，而且还通过抑制PD-1/PD-L1的相互作用进而阻断肿瘤细胞逃逸免疫系统的分子机制，恢复免疫细胞识别并杀死肿瘤细胞的途径。这些结果不仅在前列腺肿瘤的病因学研究中具有重要的理论意义，而且从药物作用分子机制上进一步为开发转化江苏省中医院临床使用多年的院内方提供了理论依据。