Par蛋白复合物在肝细胞极性建立和维持中作用机制及其功能研究

Hepatocyte is a polarized epithelial cell. Hepatocyte polarity is critical for liver function and homeostasis. Loss of hepatocyte polarity has been implicated in association withliver disease, such as cancer and hepatitis. Because of limitation of technology andshortage ofknowledge, the relationship between the polarity and the function of hepatocytes is not fully understood.This project will focus on the cell polarity complex Par3-Par6-aPKC and its binding protein, such as Cdc42 and Lgl. We will use the liver-specific knockout mice (Cdc42, Par3 and Lgl) and hepatocyte 3-D culture system as models to demostrate the mechanisms of cell polarity regulation. The roles of Par complex, Cdc42 and Lgl in establishing and maintaining of hepatocyte polarity will be systematically investegated. The mechanisms will be disclosed, which will reveal the relationships between hepatocyte polarity and liver metabolism or bile acids homeostasis. This study will provide new theory basis for liver diseases, including liver injury and regeneration, liver tumorigenesis, blood glucose regulation and the cross-talk between tissues.

肝细胞是一种高度极性特化的上皮细胞，细胞极性是肝脏功能和内稳态平衡的细胞活动基础。肝细胞结构和极性发生异常或丧失与肝脏功能紊乱和疾病如肝炎、肝癌有密切的内在关系。但由于研究水平和认识的局限和不足，目前对肝细胞极性的调控机制及其与细胞功能内在相关性了解甚少。本项目拟以细胞极性蛋白复合物Par3-Par6-aPKC及其关键结合蛋白Cdc42、Lgl为主要研究对象，利用已有的Cdc42、Par3和Lgl肝脏特异性敲除小鼠为模型，结合三维肝细胞培养体系，结合前期研究结果和近期最新发现，探讨细胞极性调控新机制；系统剖析Par复合物和Cdc42、Lgl在肝细胞极性建立和维持中的调控机制，阐明其内在调控规律，进而探讨其与肝代谢和胆汁酸稳态等功能的作用，揭示肝细胞极性与肝细胞代谢或肝内稳态的内在关系和调控规律，为肝疾病包括肝损伤-再生和肝癌病变的研究以及肝-血糖调控和组织器官间“对话”提供新的理论依据。

肝脏是机体最大的多种生理功能其中包括营养物质代谢和解毒等，并参与免疫防御的实体器官，由肝细胞、胆管细胞、血管内皮和肝内巨噬细胞等多种类型的细胞所组成。肝细胞是一种高度细胞极性特化的上皮细胞，与胆管上皮细胞、血管内皮等其他细胞构造肝脏功能执行和肝内稳态平衡基础结构。肝损伤、再生以及肝疾病如肝癌发生均伴有肝细胞结构和极性改变或异常甚至丧失。然而，肝内细胞极性功能调控和肝细胞功能执行内在相关性和调控了解甚少。本项目主要以Par3、Cdc42、Lgl-1和occludin等细胞极性蛋白为主要研究对象，成功构建所有这些基因的条件性敲除小鼠模型，利用三维细胞培养体系等技术体系。通过五年项目的执行，发现了Par3、Cdc42、Lgl-1在肝细胞极性建立和维持中的新的作用，系统性地揭示了蛋白调控肝、胆管细胞极性和功能新的调控机制。发现和揭示了Par3调控YAP通路的双重作用和分子机制；发现了Par3在肝细胞和胆管细胞中的不同的双重作用，并阐明了Par3调控肝/胆管细胞功能不同的新的作用机制；发现Cdc42作为肝癌抑癌作用新的分子机制，揭示了Cdc42缺失改变肝细胞命运及其新的信号调控通路；发现了Cdc42在Kras诱导肺癌形成中细胞种类特异性双重作用；发现了新的调控极性蛋白Lgl-1蛋白稳定性泛素化酶及其作用和机制；发现了Lgl-1在肝脏胆固醇内稳态调控的新功能和分子机制；发现了紧密连接蛋白occludin在肿瘤新生血管新的功能，并揭示其调控内皮细胞顶端细胞（Tip cell）迁移极性形成新的分子机制；还发现了occludin在固有免疫中全新的生物学作用和初步的分子机制。综上所述，本项目研究成果揭示了Par复合物调控细胞极性以及在肝脏生理和病理活动等过程中新的作用，明确了肝细胞极性与肝细胞代谢、肝内稳态，代谢和肿瘤发生相互关系，阐明一些Par复合物极性调控网络变化规律，为更深层次理解细胞极性及其调控蛋白复合物在肝疾病、肝损伤-再生和肝癌发生发展中的作用提供新的学术思路。整个项目执行下来，基本按预定的研究计划实施，基本完成了项目计划的研究内容，达到了项目研究预期目标。但项目考核指标并没有完全达标，专利申请和发表文章数目未达标。主要的重要结果可能还需半年至一年时间来发表。