辨识和确认肿瘤微环境起始血管内皮细胞迁移的核心调控因子

揭示细胞表型与生物分子间的关联关系是生命科学的基本问题之一。找出介导细胞应答外部刺激而产生表型变化的基因是理解细胞表型切换的分子调控机制的基础。最近研究显示：在肿瘤信号诱导下血管生成的诱导物和抑制物处于失衡状态，向促血管生成方向移动，激活血管内皮细胞增殖、迁移等过程，是癌症发展的标志。本研究以血管生成的重要生物过程、区别于机体静息状态血管内皮细胞的特异表型-细胞迁移为切入点，运用分子细胞生物学联合生物信息学的策略,计算与实验结合的方法，辨识和确认起始细胞迁移表型的关键基因/信号通路；针对当前疾病进展与分子网络变化关联过程中的未知因素，以简单的基因差异表达为输入，引入转录网络模型和"表型-关键基因集-核心调控因子"的研究新方略；利用多层次（生物分子层次、通路层次和细胞表型层次）数据整合的新方法，系统建立转录组与迁移表型的关联关系，进而查明内皮细胞表型切换的核心调控因子及其对应的关键调控环节。

本研究以血管生成的重要生物过程、区别于机体静息状态血管内皮细胞的特异表型—细胞迁移为切入点，运用分子细胞生物学联合生物信息学的策略,实验与计算结合的方法，辨识和确认起始细胞迁移表型的关键基因/信号通路；针对当前疾病进展与分子网络变化关联过程中的未知因素，以简单的基因差异表达为输入，引入网络模型和“表型—-网络—关键基因集—核心调控因子”的研究新方略；利用多层次（生物分子层次、通路层次和细胞表型层次）数据整合的新方法，系统建立转录组与迁移表型的关联关系，进而查明内皮细胞表型切换的核心调控因子及其对应的关键调控环节。结合肿瘤诱导的内皮细胞迁移的实验模型及临床肿瘤组织标本，系统研究了肿瘤对血管内皮细胞迁移表型的影响，及其过程中关键调控基因的表达变化。创新性研究结果如下：1）针对表型切换过程中的未知元素，以文献挖掘“endothelial tip cell”和"endothelial stalk cell”联合小鼠全基因组芯片数据来源的基因差异表达为输入，引入蛋白质相互作用背景网络模型，成功构建内皮顶细胞（迁移细胞）、茎细胞（增殖细胞）、顶-茎细胞联合以及顶-茎细胞核心转录网络。 针对表型特异网络，进行节点中心性、度等拓扑学分析，预测特异性调控内皮细胞增殖、迁移的关键基因和核心调控因子的候选基因集；并对其进行文献验证，对尚无报道与血管新生相关的基因，进行基于文献的已知功能分析，为选择生物学实验验证的基因提供依据。 2）建立肿瘤细胞诱导内皮细胞迁移的体外三维实验模型，进而利用乳腺癌细胞系MCF-7诱导人脐静脉内皮细胞（HUVEC）纵向迁移，Real-time PCR证实关键基因在迁移中的差异表达；并对迁移过程中的细胞进行了2、4、8h的动态采集，收集样本进行全基因组表达谱芯片分析，用于提取肿瘤诱导下人源性内皮细胞迁移关键基因/信号通路。3）在临床肿瘤标本中，观察了内皮细胞标志基因和迁移相关基因的表达，包括VEGFA、bFGF、CD31、CD34等，以便进行体内外环境中内皮细胞标志基因和迁移相关基因的比较研究。以体外实验和临床人体组织检测客观地分析预测结果，可尽量避免预测结果的片面性。本项目系统研究了肿瘤诱导内皮细胞迁移表型切换和其中关键基因的表达变化，进一步缩小核心调控因子的范围，深入阐明血管内皮细胞迁移的分子机制；为肿瘤的抗血管新生疗法，提供基于网络的多向候选靶标。