Caspase-1介导Ly6Chigh单核细胞分化为TAM及其对肿瘤炎性微环境的调控与分子靶向干预

Caspase-1 is the most vital inflammatory caspase. The occurrence and development of a variety of inflammatory diseases can be suppressed by intervening the activity of caspase-1. However, the regulatory effects of caspase-1 on the inflammatory tumor microenvironment have not been clear. Based on our previous work, we intend to carry out this research work in three aspects: .1..Study the new biological function of caspase-1 in the differentiation of Ly6Chigh monocytes into tumor-associated macrophages and its regulation of the inflammatory state of breast cancer microenvironment, so as to clarify the meaning of intervening caspase-1's activity in reshaping the inflammatory tumor microenvironment..2..By researching the enzymatic characteristic of caspase-1 cleaving PPARγ??? as well as the exact mechanism in the differentiation of Ly6Chigh monocyte-TAM and the molecular interaction mechanism with caspase-1/PPARγ?as the key node, we intend to reveal the molecular basis for Ly6Chigh monocytes' differentiation mediated by caspase-1..3..Based upon the analysis of the site where caspase-1 cleaves PPARγ?and its sequence features, we synthesize peptide, and evaluate the effectiveness of inhibiting caspase-1's activity.

Caspase-1是最重要的炎症caspase分子，靶向干预其活性可抑制多种炎症相关疾病的发生与发展。但caspase1对肿瘤微环境炎性免疫的调控效应尚不明确。基于前期工作中的重要发现，我们拟从三方面开展本项目的研究工作：1.研究caspase-1介导Ly6Chigh单核细胞分化为肿瘤相关巨噬细胞的全新生物学功能、及其对乳腺癌肿瘤微环境炎性免疫状态的调控，以明确干预caspase-1活性对重塑肿瘤炎性微环境的意义；2.通过研究单核-肿瘤相关巨噬细胞分化过程中，caspase-1切割PPARγ的酶活性特点与确切机制，及以caspase-1/ PPARγ为关键节点的分子相互作用机制，揭示caspase-1介导LY6Chigh单核细胞分化的分子基础；3.根据caspase-1切割PPARγ的位点分析及序列特征，合成短肽分子，并初步评估其抑制caspase-1活性的功效。

Caspase-1是最重要的炎症caspase分子，靶向干预其活性可抑制多种炎症相关疾病的发生与发展。但caspase-1对肿瘤微环境炎性免疫的调控效应尚不明确。.在本研究中，我们首次发现caspase-1可通过在PPARγ蛋白序列的64位天冬氨酸位置进行切割，并由此而促进肿瘤相关巨噬细胞（Tumor associated macrophages, TAMs）的分化与其促肿瘤发展功能。通过以caspase-1/ PPARγ为关键节点的分子相互作用机制研究，发现PPARγ切割过程中产生的41 kDa的PPARγ片段可通过转位进入线粒体，与线粒体中链脂酰辅酶A脱氢酶（MCAD）相结合，抑制MCAD的酶活性。由于MCAD是与脂肪酸β-氧化密切相关的酶，其酶活性的降低可阻碍细胞内脂肪酸的正常氧化代谢，因此导致了巨噬细胞内脂肪酸降解的阻滞，细胞内发生显著脂滴积累，相同现象在人乳腺癌样本中亦得到验证，这种独特表型和细胞生物学特征与TAMs促肿瘤发展功能相平行。基于以上结果，我们构建了MMTV-PyMT自发乳腺癌小鼠及原位乳腺癌细胞移植模型，同时构建了原代细胞及细胞株体外分析模型，在细胞及动物模型中，筛选了系列小分子caspase-1抑制剂包括我们根据切割位点序列特征所合成的小肽抑制剂的生物功能，结果显示：几种具有显著抑制caspase-1活性的抑制剂可显著抑制TAMs促肿瘤进展功能，并改变肿瘤微环境炎性状态，而由于抑制剂对caspase-1的活性的抑制，使TAMs中脂滴减少，脂滴含量与TAMs的分化呈平行关系，因此我们进一步进行了基于MCAD的细胞治疗研究，并获得了有意义的结果。对荷瘤小鼠腹腔注射过表达MCAD的骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs），可显著抑制肿瘤的生长，这为将来靶向TAMs的细胞生物体系构建奠定了实验基础。.本研究发现了caspase-1切割PPARγ而介导肿瘤微环境中TAMs分化的现象，并通过一系列实验验证：caspase-1在PPARγ序列中64位天冬氨酸处进行切割。首次明确PPARγ为caspase-1底物的生物学性质。有关caspase-1切割PPARγ而调控免疫细胞分化、并影响肿瘤炎性微环境的研究尚未见任何报道，本研究中的系列创新发现，不仅揭示了caspase-1的一个全新生物学功能，并诠释了其在相关生理、病理过程中的意义；而基于此的药源分子发现及过继巨