GAP43促进肺癌脑转移的功能和机制研究

Brain metastasis is one of the key reasons of treatment failure and death of patient with lung cancer,so it is very important to clarify its molecular mechanisms for the screening of drug targets and improving patients' outcome. Our previous study found growth-associated protein 43 (GAP43), an axonal membrane protein, maintainig nerve fibers growth and development,was obviously higher in brain metastasized tumors than that in primary lung cancer, and it was an independent predictive factor of brain metastasis and overall survival of patient with lung cancer.Futhermore, GAP43 could enhance the migrative ability of lung cancer cells and promote the expression of matrix metalloproteinase 2 (MMP2) and MMP14. Based on the above data, this study will further confirm the relationship between GAP43 and brain metastasis of lung cancer by cell experiments, animal model and clinical sample studies, and investigate its value as predictive and therapeutic marker of brain metastasis. Additionally, this study will elucidate the molecular mechanism of brain metastasis that GAP43 how to regulate the expression and activity of MMP-2 to influence the tight junction integrity of blood brain barrier from the angles of transcription factor regulation and epigenetic modification of promoter region. Through this study, the role of GAP43 in brain metastasis of lung cancer will be clearly identified,and news ideas for the molecular targeted therapy will be proposed.

肺癌脑转移是患者治疗失败及死亡的重要原因之一，其分子机制的研究对药物靶点筛选，延长患者生存具有重要意义。课题组前期研究发现一种维持神经纤维生长和发育的轴突膜蛋白--生长相关蛋白43（GAP43），在肺癌脑转移组织中表达显著增加，是肺癌患者术后脑转移和总生存独立的预测因子；过表达GAP43的肺癌细胞株迁移能力明显增强，且能促进基质金属蛋白酶2（MMP-2），MMP-14表达。基于以上工作，本项目将通过体外细胞实验、脑转移动物模型和临床样本分析，进一步明确GAP43与肺癌脑转移相关性，探讨其作为肺癌脑转移预测分子标志物和治疗靶点的应用价值；从转录因子和启动子区表观遗传修饰等多层次，阐明GAP43如何调控MMP-2表达及活性，影响血脑屏障紧密连接完整性，从而促进肺癌脑转移的分子机制。该项目的开展和完成，将明确GAP43在肺癌脑转移中的作用，为分子靶向治疗提供新的思路。

脑转移是非小细胞肺癌患者治疗失败及死亡的重要原因之一，其分子机制的研究对药物靶点筛选、延长患者生存具有重要的意义。课题组前期研究发现一种维持神经纤维生长和发育的轴突膜蛋白——生长相关蛋白43（GAP43）表达水平与肺癌组织学类型显著相关，且GAP43表达水平高的非小细胞肺癌患者术后更容易发生脑转移，总生存期更短。本项目利用公共数据库对GAP43在大样本非小细胞肺癌患者中进行生存分析，得出了类似的结论：GAP43表达水平高的非小细胞肺癌患者更容易出现复发及死亡。通过瞬时转染、划痕实验、Transwell实验等细胞体外实验发现敲低非小细胞肺癌细胞的GAP43水平，其迁移和侵袭能力下降；高表达非小细胞肺癌细胞的GAP43水平，其迁移和侵袭能力增强。通过慢病毒稳转、裸鼠左心室注射和活体成像技术等动物体内实验发现GAP43敲低的肺癌细胞在裸鼠体内转移能力下降。前期研究表明GAP43可能与基质金属蛋白酶（matrix metalloproteins，MMPs）相关。然而，课题组通过qPCR、细胞因子芯片等反复研究发现GAP43与MMP2、MMP9及MMP14相关性不显著，但与细胞骨架蛋白相关性强。经细胞免疫荧光、F-actin / G-actin比值实验、Rac1活化实验以及RNA-seq等方法，课题组证实GAP43能通过活化Rac1聚合F-actin骨架从而促进细胞迁移。项目研究期间，课题组以第一标注发表SCI收录论文8篇，中文综述2篇；参加国际学术会议7次，国内学术会议3次；培养博士研究生1名，硕士研究生4名。本项目的开展和完成，明确了GAP43在肺癌脑转移中的作用及机制，丰富了肿瘤转移相关理论，为脑转移治疗靶点的确立提供了思路，为新的肺癌脑转移靶向药物的开发奠定了基础。