SIRT-1调控AhR/HIF-1α信号途径对喉鳞癌血管新生的影响及机制研究

Angiogenesis was closely related to invasion and migration in laryngeal squamous cell carcinoma (LSCC). Silent information regulator 1 (SIRT1) has been shown to take part in regulating multiple key pathways in cancer, but the exact mechanisms remain to be elucidated. Our prior studies have demonstrated that SIRT1 down-expression in LSCC. And SIRT1 over-expression in LSCC resulted in the inhibition of angiogenesis. Meanwhile, the aryl hydrocarbon receptor (AhR) and HIF-1α signaling pathway was likely to be affected. Therefore, our hypothesis is that SIRT1 inhibits angiogenesis in LSCC through regulating AhR/HIF-1α signaling pathway. In this proposal, we will focus on the AhR/HIF-1α signaling pathway using Sirt1 or Ahr gene knockout mice models and in vitro co-culture models of Sirt1 or Ahr gene knockout LSCC cell and human umbilical vein endothelial cells respectively. We will observe the expression of angiogenesis related factor involved in AhR/HIF-1α signaling pathway when SIRT1 activity was intervened at the cellular and animal level by using of gene knockout, 3-D culture and siRNA. We suppose to investigate the possible regulatory mechanisms by which SIRT1 inhibits angiogenesis, invasion and migration of LSCC. More importantly, those results might provide theoretical basis and potential drug targets for prevention and treatment of the disease.

喉鳞癌侵袭和转移与血管新生密切相关。沉默信息调节因子1(SIRT-1)属于组蛋白去乙酰化酶家族成员，与肿瘤血管新生有关，其确切机制尚未阐明。本项目组前期研究发现，SIRT-1在喉鳞癌中低表达，上调SIRT-1能抑制喉鳞癌的血管新生，并且对芳香烃受体AhR/HIF-1α信号途径及下游血管生成相关因子有显著影响。提示SIRT-1可能通过调控AhR/HIF-1α信号途径抑制喉鳞癌血管新生。本研究围绕AhR/HIF-1α信号途径，构建喉鳞癌细胞与人脐静脉内皮细胞共培养模型、荷瘤动物模型，运用基因敲除、3-D培养、siRNA等技术，在细胞和动物的水平干预SIRT-1的表达，观察AhR/HIF-1α信号途径中血管生成相关因子（如VEGF等）的表达，明确SIRT-1可能通过调控AhR/HIF-1α信号途径抑制喉鳞癌血管新生→恶性表型（侵袭和转移）的分子机制, 为该疾病的防治提供理论依据和药物靶点。

喉鳞癌的生长和转移均依赖新生脉管的形成。肿瘤的脉管网络系统一方面保证肿瘤细胞的氧供、营养代谢以促进肿瘤生长；另一方面，其管壁结构不完整，基底膜厚薄不一，利于瘤细胞进入管腔发生转移，因而在喉鳞癌的生长及侵袭转移过程中具有重要作用。在国家自然科学基金的支持下，本项目以SIRT1调控AhR/HIF-1α信号途径的机制为切入点，研究SIRT1抑制喉鳞癌脉管新生的机制，首先，体外证实SIRT1通过调控AhR/HIF-1α信号途径对喉鳞癌脉管新生的影响及机制；其次，体外反向干预明确SIRT1通过调控AhR/HIF-1α信号途径逆转DFO促喉鳞癌脉管新生的作用机制；最后，体内明确SIRT1通过调控AhR/HIF-1α信号途径对Sirt1-/-，Ahr-/-荷瘤裸鼠肿瘤脉管新生的影响及机制。在本项研究中，我们发现：(1)沉默信息调节因子1(SIRT-1)与肿瘤脉管新生呈负相关，SIRT-1在喉鳞癌中低表达，上调SIRT-1能抑制喉鳞癌的脉管新生，并且对芳香烃受体AhR/HIF-1α信号途径有显著影响。(2)SIRT-1可通过调控AhR/HIF-1α信号途径及下游脉管生成相关因子抑制喉鳞癌脉管新生。(3)HIF-1α蛋白HIF-1β结合后消耗了细胞内HIF-1β的存量，对AhR介导的配体激活通路产生抑制作用；相反，AhR竞争性与HIF-1β结合也会抑制HIF-1α/VEGF通路的激活。两者之间形成了负反馈循环的相互对话。(4)在喉鳞癌细胞与人脐静脉内皮细胞共培养模型、Sirt1-/-，Ahr-/-荷瘤动物模型中，运用基因敲除、3-D培养、siRNA等技术，在细胞和动物的水平上调SIRT-1的表达，发现AhR/HIF-1α信号途径中血管生成相关因子（如VEGF等）的表达升高，明确SIRT-1可通过调控AhR/HIF-1α信号途径抑制喉鳞癌脉管新生→恶性表型（侵袭和转移）。以这些发现为主要研究结果，已发表标注受本项目资助的SCI论文2篇。本课题从体外到体内研究，从现象到机理，从功能到可能的机制，初步阐明SIRT1通过调控AhR/HIF-1α信号途径影响喉鳞癌脉管新生的分子机制，不仅揭示了喉鳞癌细胞与脉管内皮细胞之间相互对话的关键分子机制及其在促进肿瘤生长转移中的作用，还明确了针对其中关键分子进行靶向干预的潜在治疗价值，具有一定的临床转化价值。