癌蛋白HBXIP激活Nrf2-ARE调控乳腺癌生长的作用及分子机制研究

The Keap1-Nrf2-Keap1 system is currently recognized as one of the main cellular defense mechanisms against oxidative. Our previous study showed that the expression level of oncoprotein hepatitis B X-interacting protein (HBXIP) was positively related with Nrf2 in breast cancer tissues and cells. HBXIP interacted Keap1, resulting in stabilization of Nrf2. Bioinformatics showed there was an antioxidant reactive element in regulatory region of HBXIP promoter. However，The mechanism of HBXIP activation Nrf2-ARE and regulation ROS level and tumor growth remains unclear. In this project, we will further explore the role and mechanism of HBXIP, as an ROS regulator, in Nrf2-ARE pathway activation and tumor growth promotion. The main contents are as follows: identify that HBXIP shares with Nrf2 a highly conserved DLG-type Keap1 binding motif (GLNLG motif) and can effectively compete with Nrf2 for keap1 binding, which promotes Nrf2 accumulation and function in the nucleus and lowers the cellular reactive oxygen; clearly investigate the effect of Nrf2 binding on ARE-HBXIP, and regulating HBXIP expression; determine the mechanism of positive feedback regulation between HBXIP and Nrf2 on promoting tumor growth. This study will provide a novel mechanism by which HBXIP as key ROS regulator is able to activate Nrf2-ARE pathway to promote tumor growth.

Keap1-Nrf2-ARE信号通路是细胞抗氧化机制中的重要通路。我们前期研究发现癌蛋白HBXIP在乳腺癌中与Nrf2表达正相关，并可与氧化应激感受器Keap1蛋白直接结合，激活抗氧化应激通路。生物信息学发现HBXIP启动子区含抗氧化应激反应元件ARE，其转录受Nrf2调控。迄今肿瘤细胞通过HBXIP激活Nrf2-ARE通路调控乳腺癌生长的作用及分子机制尚不清楚。本项目拟从分子、细胞、组织和动物等层面深入探讨HBXIP调控抗氧化应激和乳腺癌生长的作用及分子机制；阐明HBXIP通过其GLNLG基序与Keap1竞争性结合并激活Nrf2；确定Nrf2可结合HBXIP启动子ARE，并调控其表达；探明HBXIP-Nrf2在肿瘤细胞中形成环式正反馈调节机制，以及此机制在肿瘤细胞抗氧化应激及乳腺癌生长中的重要作用。本研究将提供癌蛋白HBXIP作为细胞抗氧化应激的关键调节因子促进肿瘤生长的新机制。

HBXIP是一个新发现的癌蛋白，在肿瘤进展中发挥着多种重要功能。肿瘤细胞氧化调节与肿瘤进展的关系是目前国际上的热点问题，并且肿瘤细胞中抗氧化核心通路Keap1-Nrf2-ARE的非正常激活机制尚不清楚。本研究从体外、体内和临床病理等多个层面研究HBXIP调控肿瘤细胞抗氧化并促进肿瘤生长和转移的作用和分子机制。研究发现HBXIP含有与Nrf2 29DLG模序类似的高度保守KBS模序（110GLNLG）。HBXIP利用KBS模序与Nrf2竞争结合Keap1 Kelch结构域，促使Nrf2逃逸由Keap1-Cul3-E3介导的泛素化降解；同时HBXIP还促进Nrf2磷酸化，激活的Nrf2转移入核并与抗氧化反应元件（ARE）作用，促进抗氧化基因表达，降低胞内ROS水平。通过筛查乳腺癌细胞中的转录调节因子，发现HBXIP基因表达受Nrf2调控。分析并证实HBXIP启动子中存在ARE元件（-825—-815）。Nrf2可识别并作用于此ARE元件，调控HBXIP基因表达，表明HBXIP是Nrf2的靶基因。HBXIP和Nrf2形成环式正反馈调控通路。体外和体内实验证实此通路能有效控制胞内ROS水平，并促进肿瘤生长和转移。临床病理学研究显示HBXIP和Nrf2在肿瘤组织中表达显著正相关，并且与乳腺癌的恶性程度正相关。分析1905例乳腺癌患者的肿瘤基因组数据同样发现HBXIP与Nrf2表达显著正相关，说明HBXIP/Nrf2通路与乳腺癌进展关系十分密切。进一步研究发现HBXIP/Nrf2正反馈通路还可通过HBXIP抑制Prdx1泛素化降解，维持Prdx1-GSTπ-JNK1复合物稳定并抑制JNK激活和细胞凋亡。临床乳腺癌基因组数据分析显示HBXIP表达同Prdx1表达正相关。生存分析显示HBXIP/Prdx1共同高表达的乳腺癌患者生存率显著低于HBXIP或Prdx1单独高表达的患者。动物实验证实维持高水平的Prdx1是HBXIP/Nrf2通路促进肿瘤转移的另一重要途径。本项目研究结果表明HBXIP作为抗氧化关键调节因子与Nrf2形成环式正反馈通路，并通过两种重要途径即调控胞内ROS和稳定Prdx1抑制细胞凋亡，促进乳腺癌生长和转移。本研究为乳腺癌临床治疗提供了新的视角和靶点。