GPRC5A缺失促使肺干细胞癌变并诱发肺腺癌的机制

Lung cancer is the leading cause of cancer death. The existence of lung cancer stem cells is a major cause of lung cancer treatment failure. Recent studies suggested prior to the complete transformation of normal lung epithelial lineage cells into malignant cancer stem cells, there exists a transition stage, namely lung cancer initiating cells (LCICs). However, currently both the identity and the transformation regulatory mechanisms of LCICs remain unclear. One of the major obstacles for studying LCICs is the lack of appropriate animal models. Gprc5a-knockout (KO) mice are the first mouse model of lung cancer with single gene knockout for spontaneous lung adenocarcinoma formation. With this model we have found that Gprc5a deletion led to the aberrant expansion of Bronchioalveolar stem cells (BASC), followed by the appearance of adenocarcinoma. Therefore, we propose in this study that the cancerous BASC is the cell of origin for lung cancer in this mouse model. We will dissect in this study that the activation of EGFR-ABC signal axis as the key mechanism of transformation from the normal lung stem cell BASC to lung cancer stem cells. Targeting EGFR or ABC protein inhibits the formation of lung tumor in Gprc5a-ko mice. Our study will reveal the mechanism of Gprc5a to regulate lung cancer, and identify the cell of origin for lung adenocarcinoma, which will be of prominent important for early diagnosis and treatment of lung cancer.

肺癌致死人数位居所有癌症之首。肺癌治疗效果不佳的主要原因是肺癌干细胞的存在。肿瘤干细胞由于具有高度抗药性，往往导致了临床治疗的失败。目前有研究表明正常细胞向肺癌干细胞转变之前会经历一种“过渡态”，这种状态被称为肺癌起始细胞LCIC。但LCIC的身份和癌变机制尚不清楚。研究LCIC的瓶颈是缺乏合适动物模型。Gprc5a敲除小鼠是第一例单基因敲除便诱发肺腺癌的动物模型。我们利用该模型已经发现正常肺干细胞BASC的异常扩增，继而发生肺腺癌。因此，我们认为在该模型中BASC的癌变可能是肺腺癌发生的起源。在本项目中我们拟研究Gprc5a缺失导致的EGFR-ABC（ATP结合转运蛋白）信号轴的激活是BASC癌变的关键机制，使用EGFR及ABC抑制剂证实靶向LCIC阻止肺腺癌生成的治疗策略。我们的研究将揭示Gprc5a调控肺腺癌发生的机制，识别肺癌起始细胞，为肺癌的早期诊断和靶向干预提供全新的指导意义。

对癌干细胞靶向治疗后，肿瘤仍存在复发率高，且恶性程度更高的现象，其主要原因是肿瘤中出现新的更具选择优势的癌干细胞，导致治疗失败。肺癌干细胞是正常肺干细胞发生癌变并在肿瘤形成发展中长期演变而成。我们提出一种新的治疗策略：通过研究正常肺干细胞向肺癌干细胞转化的“过渡态”细胞，证实导致癌变发生的关键性分子，靶向该分子阻止或逆转癌变，为早期诊断和干预提供新思路。肺癌动物模型是孵育正常肺干细胞向癌细胞转化的载体。Gprc5a敲除小鼠模型，是世界上第一例单一肺肿瘤抑制基因敲除便诱发肺癌的动物模型。基于该模型的肺癌发生过程与人肺癌发生非常相似的特征，我们使用该模型发现：在Gprc5a敲除小鼠的肺组织中产生了一种癌干样的细胞亚群Sca-1+Abcg1+，该亚群具有自我更新功能和肿瘤起始能力，重要的是，这个时期的小鼠还未长出肺肿瘤，提示了该亚群是“过渡态”癌干细胞的前体。在机制上发现：Sca-1+Abcg1+亚群的产生是通过肺始祖细胞AT2与肺干样细胞Lgr5互作产生。Gprc5a缺失促使Lgr5细胞中NF-kB活化，并促使ECM1的表达和外泌，外泌的ECM1通过其GRR结构域，与AT2细胞膜上的α6β4互作，进而促使AT2细胞中NF-kB的磷酸化和乙酰化，并诱导ABCG1的表达。在临床上，我们从肺癌病人的组织样品中分离分选出SPA+ABCG1+（注：人是SPA，鼠是Sca-1），也发现了类似的机制和功能。更为重要的是，我们在肺炎症病人的组织样品中的发现了Gprc5a普遍缺失，且SPA+ABCG1+富集在小气管区域。同样的，在Gprc5a敲除小鼠模型中，在肿瘤还未形成的阶段，该Sca-1+Abcg1+富集在小气管区域。因此，使用Gprc5a敲除小鼠模型，让我们发现了导致正常肺干细胞发生癌变的关键分子，对于揭示肺癌细胞发生的起源具有重要的理论意义，对于肺癌的早期诊断和靶向治疗具有转化应用价值。