CyclinD1引起FOXO1失活在前列腺肿瘤转移中的功能与机理研究

Mortality of prostate cancer is primarily caused by its metastasis to other organs. However, the molecular mechanisms underlying prostate cancer metastasis is not completely understood. Resistance to cell detachment-induced anoikis is one of the key steps in cancer metastasis. Our preliminary data show that activation of the tumor suppressor protein FOXO1 results in anoikis of prostate cancer cells. The oncoprotein cyclin D1 directly binds to and inhibits FOXO1's transcription activity and FOXO1-inucded prostate cancer cell anoikis. In this application we will determine if through its gene repression domain (RD) cyclin D1 recruits histone deacetylases (HDACs), thereby modifying chromatin structure and inhibiting FOXO1 transcription activity. Using the cDNA microarray approach, we will elucidate for the first time the gene expression profiles regulated by FOXO1 under a cell detached condition and understand how expression of FOXO1-regulated, anoikis-related genes is inhibited by cyclin D1. By taking advantage of relatively new techniques of bidirectional promoter-based lentiviral system and bioluminescent imaging, prostate cancer cells infected with cyclin D1 and/or FOXO1 will be administrated into nude mice and the impact of the functional interaction between cyclin D1 and FOXO1 on prostate cancer metastasis will be evaluated in vivo. Thus, findings from this application will unravel the molecular mechanisms underlying cyclin D1 inhibition of FOXO1's transcriptional activity and prostate cancer anoikis and significantly advance our understanding of signaling pathways driving prostate cancer metastasis. This proposal will also provide opportunities to identify new targets for development of novel therapeutics for the treatment of metastatic prostate cancers, thereby reducing the mortality of this fatal disease.

肿瘤转移是前列腺癌引起死亡最主要的原因之一，但分子机理尚不完全清楚。抗脱巢凋亡是肿瘤发生转移的主要步骤。我们的前期工作发现肿瘤抑制基因FOXO1的激活引起前列腺癌细胞脱巢凋亡，而促癌基因cyclin D1通过与FOXO1相互作用抑制FOXO1的转录活性及其介导的前列腺癌细胞的脱巢凋亡。本项目兹在探索cyclin D1是否通过其RD结构域吸纳组蛋白去乙酰化酶(HDACs)来改变染色质结构并抑制FOXO1，从而揭示cyclin D1抑制FOXO1和阻断脱巢凋亡的分子机理。采用基因芯片技术(cDNA microarray)、real-time RT-PCR和双启动子慢病毒载体转染等实验手段，从细胞和活体动物层面揭示cyclin D1-FOXO1信号通路在前列腺癌转移过程中的重要作用。因此，本研究不仅有助于探讨前列腺癌转移的分子机理，同时为寻找新的药物作用靶点及开发抗肿瘤药物提供理论基础。

前列腺肿瘤是中老年男性人群最易发的恶性肿瘤之一，在西方国家发病率居男性恶性肿瘤第一位，死亡率居第二位。在我国，随着经济高速发展、生活水平大幅提高，前列腺肿瘤的发病率和死亡率均呈现快速上升趋势。因此，关于前列腺肿瘤的发生、发展机制以及治疗药物的发现和作用机理的研究就显得尤为紧迫。本研究通过临床样本的基因表达芯片测序，获得具有重要意义的表达显著异常的基因，经过综合分析选定其中CXCL13和NCAPD3基因进行了相关分子机制的研究。此外，结合实际应用，与江苏省中医院泌尿科合作，对根皮素抑制前列腺肿瘤的分子机制进行了研究；同时，对中医院老中医提供的治疗前列腺癌的中药方（CTM-a），在细胞水平和模型小鼠体内进行了药物作用的分子机制探讨。通过这些研究，我们发现：（1）CXCL13和NCAPD3基因在前列腺肿瘤中的表达受雄激素受体AR的调控，AR的激活有利于这两个基因的表达；在前列腺肿瘤细胞中，CXCL13和NCAPD3在雄激素依赖LNCaP和CWR22Rv1细胞中的表达水平要明显高于雄激素非依赖的PC3和DU145细胞。而且，CXCL13和NCAPD3参与AR对前列腺肿瘤细胞生长的调控。这些结果表明CXCL13和NCAPD3与前列腺肿瘤的发生和发展密切相关。（2）细胞水平和小鼠体内的研究表明，天然植物提取物根皮素通过抑制EGF/EGFR及其相关下游信号通路（PI3K/AKT、RAS/MEK/ERK和PI3K/SPs等）的活性，促进前列腺肿瘤细胞以及体内肿瘤细胞走向凋亡，从而达到抑制前列腺肿瘤的目的。（3）通过对老中医治疗性方药（院内方）在细胞水平和模型小鼠体内水平的作用机制研究，发现方药制剂能够诱导前列腺肿瘤细胞发生自噬并最终引起细胞凋亡；分子信号通路研究发现，方药的水提物（水煎煮）能通过降低EGFR的自磷酸化水平，进而抑制EGFR相关的下游信号通路的活性（包括PI3K/Akt/FOXO1、Raf/MEK/Erk和PI3K/Akt/mTOR），最终导致肿瘤细胞发生自噬和凋亡；而且发现水提物比醇提物效果更好。这些结果不仅在前列腺肿瘤的研究中具有重要的理论意义，而且从药物作用分子机制上为江苏省中医院临床使用多年的院内方提供了理论依据，为进一步开发为上市中药打基础。