TGF-β信号通路异常在肺鳞状细胞癌发生中的功能和机制

The molecular mechanism and cellular origin of lung squamous cell carcinoma (LSCC) remain elusive. The rare genetic engineering mouse models severely hinder the understanding of molecular mechanism and consequent development of target drugs. Also, due to the lack of in vivo evidence from mouse models, the role of TGF-β signaling alterations in the formation of lung squamous cell carcinoma is questioned. Here, we will first analyze TGF-β signaling alterations in the large-scale human lung squamous cell carcinoma data from TCGA (The Cancer Genome Atlas) database. Then, we will use the inducible Cre-LoxP or Adeno-Cre system to delete tumor-associated genes of TGF-β signaling, such as Tgfbr2 and Smad4 in different lung epithelial cells, and meanwhile examine the effect of the different cell origins on LSCC formation. Through molecular biological and RNA sequencing methods, we will analyze the phenotypes and explore the molecular mechanisms of LSCC mice. Finally, we will try to target some new effectors in our mouse models. The above results will provide new genetic engineering mouse models recapitulating the pathological and molecular features of human LSCC, and provide insights for developing new markers and drug targets for the individualized medicine.

肺鳞状细胞癌发生的分子机制和细胞机制尚不清楚。基因修饰肺鳞癌小鼠模型的稀缺严重阻碍了对肺鳞癌发生机制的理解以及靶向药物的研发。TGF-β信号通路在肺鳞癌发生中的作用也由于缺少小鼠体内证据而一直受到质疑。本研究将利用TCGA数据库肺鳞癌样本数据对TGF-β信号通路重要分子的基因异常进行分析，进而在小鼠体内利用细胞特异性基因敲除技术模拟和验证候选分子在肺鳞癌发生中的作用，同时考察在同一基因背景下不同的肿瘤起始细胞如何影响鳞癌的发生发展和分子特征。我们将从生物整体水平、组织细胞水平和分子水平，对获得的多种新型基因修饰肺鳞癌小鼠模型进行系统的表型分析，并探索靶向下游效应分子进行治疗的可能性。我们期望获得靶标明确、表型稳定、遗传背景清晰的肺鳞癌小鼠模型，并为精准医疗筛选肺鳞癌的诊断标志物和治疗靶标奠定理论基础。

肺癌是世界范围内发生率和死亡率均居于首位的恶性肿瘤。肺癌的发生是遗传因素和外界致癌因素共同作用的结果，然而肺癌的病因及发病机制复杂，至今尚未完全阐明。按照组织病理特征肺癌可分为非小细胞肺癌和小细胞肺癌，肺腺癌和肺鳞癌是非小细胞肺癌的两大组织病理类型。其中鳞癌患者在初诊时大部分已进展到晚期，且与腺癌病人相比，鳞癌病人常伴原位浸润及远端转移，病人的五年生存率不超过15%。尽管人肺鳞癌的基因组改变已经被揭示，我们对能够起始鳞癌的分子和信号通路还知之甚少，加之目前能够模拟人类肺鳞癌分子改变的小鼠模型稀缺，严重阻碍了对肺鳞癌发病机制的理解和药物开发的进程。TGF-β信号通路能调节细胞增殖、分化、迁移、粘附及凋亡等多种生物学过程，体内外研究表明TGF-β信号通路异常参与多种上皮肿瘤的发生，然而它在肺鳞癌发生中的作用尚存在质疑，相应的分子机制未被阐明。我们的研究发现在KrasG12D诱导的肺腺癌小鼠模型中，TGF-β受体2（Tgfbr2）的协同缺失改变了肺癌的病理类型，导致肺鳞癌的发生。小鼠呈现肺鳞癌潜伏期短、转移率高的特点，较好模拟了人肺鳞癌的特征。SMAD4作为TGF-β经典信号通路的中心介导者，在多种肿瘤中都发挥抑癌基因的作用，人类肺癌样本中同样存在SMAD4的缺失。.我们的研究发现肺上皮细胞中Smad4敲除能够促进KrasG12D诱导的肺腺癌，但小鼠不发生肺鳞癌，证明Smad4介导的经典信号通路阻断不足以起始Kras小鼠鳞癌发生。同时，与KrasG12D/+;Tgfbr2fl/fl早期气管增生表型一致的是KrasG12D/+;Smad4fl/fl小鼠在肺气管及支气管肺泡连接处出现明显的上皮细胞增生。进一步的研究发现TGF-β非经典信号通路p-ERK1/2在Tgfbr2缺失的气管增生及鳞癌中低表达、在Smad4缺失的气管增生及腺癌中高表达。我们通过体外细胞系及小鼠体内证实TGF-β经典Smad4通路与非经典p-ERK1/2通过协同调节鳞癌命运决定转路因子SOX2的表达参与肺鳞癌的发生及命运决定。