基于能量代谢与PDX模型的甲状腺癌靶向BRAF耐药研究

BRAF mutation is the most common molecular event in thyroid cancer. BRAF signaling inhibition becomes an important treatment for thyroid cancer patients with BRAF mutation but the efficacy is seriously hampered by drug resistance. Our preliminary study found that BRAF inhibitor can overexpress some crucial proteins for glycolysis and glucose transporter, which might be a potential mechanism of BRAF inhibitor resistance in melanoma. We also demonstrated that a striking increase of mitochondrial DNA copy number was found in tumor tissues. Therefore, bioenergetic metabolism may take part in BRAF inhibitor resistance. The current project is designed to investigate the association and molecular mechanism between BRAF mutation and bioenergetic metabolism, besides, establish primary and secondary resistant cell lines to investigate the correlation between metabolism procedure and drug resistance of BRAF inhibitor in thyroid cancer. By analyzing distinct proteins from metabolism protein microarray results，we will explore the potential mechanism involved during BRAF inhibition. Furthermore, the best combined therapy to overcome BRAF inhibition resistance will be verified in thyroid cancer cell lines and PDX models as well. This study will ultimately provide evidence for new clinical treatment for thyroid cancer patients to overcome BRAF inhibition resistance.

BRAF基因突变是甲状腺癌最常见的分子事件，靶向BRAF是甲状腺癌重要的治疗手段，但耐药现象严重影响其临床广泛应用，在BRAF基因高度突变的恶性黑色素瘤中发现能量代谢的转换可能与靶向BRAF耐药相关。课题组前期通过表达谱测序发现靶向BRAF抑制剂明显下调甲状腺癌细胞中糖酵解及葡萄糖转运相关蛋白的表达；另外发现甲状腺癌中线粒体基因拷贝明显增加；因此我们认为能量代谢的转换可能参与甲状腺癌靶向BRAF耐药的发生。本项目拟研究BRAF突变对甲状腺细胞能量代谢的调控；在靶向BRAF原发和继发耐药的甲状腺癌细胞模型中研究能量代谢特征及相关蛋白表达，运用代谢通路蛋白芯片技术检测并筛选差异蛋白以深入研究能量代谢参与靶向BRAF耐药的分子机制；进一步探索克服靶向BRAF耐药最佳联合方案并在高度仿真病人来源异种移植瘤模型（PDX）中进行验证，为临床克服甲状腺癌靶向BRAF耐药提供重要依据。

甲状腺癌虽然总体预后较好，但是其中存在一部分低分化及未分化患者，常规手术治疗无效，传统放化疗抵抗，进而成为临床诊疗中的重难点。BRAF基因突变是甲状腺癌最常见的分子事件之一，可维系多种恶性表型。目前已有BRAF靶向治疗药物，是上述”难治性”患者最有应用前景的治疗手段之一，但耐药现象制约了其临床应用。肿瘤存在特异性的能量代谢方式，并被认为与肿瘤的发生发展和药物应答相关。甲状腺癌能量代谢是否受BRAF调控，并参与靶向BRAF治疗耐药形成，目前报道尚少见。基于以上研究现状，本项目结合数据库，临床组织样本及细胞，动物模型，(1）发现BRAF基因突变可以起到调控能量代谢的作用。相较于BRAF野生型甲状腺癌，BRAF突变型肿瘤具有糖酵解旺盛的特点，在具有BRAF突变的细胞株中，通过药物抑制或Si-RNA敲低BRAF表达，对应糖酵解能量代谢下调。(2）能量代谢参与了靶向BRAF治疗耐药性的形成。通过运用短期用药模型和构建BRAF长期耐药细胞模型，均可观察到靶向BRAF治疗过程中存在糖酵解下调的同时线粒体活动增强的现象，PGC1α可能是关键调控因子。此外，本项目根据实际研究情况调整增加如下研究内容：(3）血管粘附分子-1（VCAM-1）可能参与了靶向BRAF治疗耐药性的形成。通过对靶向BRAF抑制前后转录组学结果的深入分析，我们还挖掘到关键蛋白VCAM-1，在BRAF治疗后存在表达上调的现象。通过运用Akt抑制剂，可以起到下调VCAM-1表达的作用，并能增敏BRAF靶向治疗效果。(4）构建基于列线图的甲状腺乳头状癌早期复发预测模型。通过回顾性分析过去15年间来本研究中心就诊的1687例甲状腺乳头状癌患者，通过多因素回归分析寻找独立复发预测因素，从而构建列线图模型，并在验证组中得到了良好验证，运用该模型可以更好地预测甲状腺癌患者个性化的复发情况并进行针对治疗。本项目的以上研究成果具有一定的临床转化和应用价值。