乏氧微环境下HIF1/AHNAK2轴介导非小细胞肺癌抗凋亡作用及调控机制

Hypoxic microenvironment is a basic characteristic of solid tumors, including lung cancer. By regulating the downstream genes and signalling pathways, the hypoxic tumor environment prompts the inactivation of tumor apoptosis pathway and causes tumor progression. AHNAK2 is a new member of the AHNAK family. AHNAK plays important roles in tumor development and tumor progression, however, the role of AHNAk2 in tumor progression was seldomly reported. In the preliminary work we explored the TCGA database and found that AHNAK2 gene was abnormally expressed in non-small cell lung cancer (NSCLC). The expression level of AHNAK2 was negatively correlated with the prognosis of patients with NSCLC. In vitro assays we found that the down-regulation of AHNAK2 lead to a significant increase of starvation-induced apoptosis in NSCLC cells. In addition we found that hypoxia-inducible factor-1 (HIF1) plays an essential role in promoting AHNAK2 expression. We here propose a scientific hypothesis that AHNAK2 may be a key anti-apoptotic molecule in tumor hypoxic microenvironment. In the present programe we intend to detect AHNAK2 expression in NSCLC tumor tissues and cell lines and then investigate its clinical significance. The mechanism how HIF-1 regulates AHNAK2 gene expression will be explored. We will try to clarify the roles of HIF1-AHNAK2 axis in inactivating the apoptosis pathway in hypoxia microenvirenment at cellular level, animal model level and clinical case analysis. This study will contribute to the exploration of potential novel targets for the treatment of NSCLC.

乏氧微环境是包括肺癌在内的实体肿瘤的一个基本特性。肿瘤在乏氧环境下，通过调控下游基因及信号通路，促使肿瘤凋亡途径的失活，引起肿瘤进展。AHNAK2是AHNAK家族的新成员，AHNAK在肿瘤的发展中起到重要作用，而关于AHNAk2的肿瘤研究鲜有报道。我们前期发掘TCGA数据库，发现AHNAK2基因在非小细胞肺癌中过表达且其表达水平与预后呈负相关；细胞实验揭示AHNAK2在非小细胞肺癌的抗凋亡过程中起到了重要作用。我们进一步发现乏氧诱导因子1能显著地促进AHNAK2的表达，因此我们推测AHNAK2可能是乏氧微环境下肿瘤抗凋亡的关键分子。我们拟阐明AHNAK2在非小细胞肺癌中的表达方式及其临床意义；拟以HIF1调控AHNAK2的表达为切入点，从组织水平、细胞水平和动物模型三个层面，阐明乏氧环境下AHNAK2在非小细胞肺癌抗凋亡过程中的作用及其调控机制，为挖掘新的肺癌治疗靶点提供理论依据。

乏氧微环境是包括肺癌在内的实体肿瘤的一个基本特性。肿瘤在乏氧环境下，通过调控下游基因及信号通路，促使肿瘤凋亡途径的失活，引起肿瘤进展。我们研究发现AHNAK2基因在非小细胞肺癌中过表达，其表达水平与肿瘤的小及肿瘤的TNM分期呈正相关；与患者预后呈负相关。细胞实验揭示AHNAK2可以抑制顺铂诱导的非小细胞肺癌的凋亡发生。机制研究发现，AHNAK2可以与PSMD14结合，通过其PDZ结构域上SUMO位点发生SUMO化，增强PSMD14的蛋白水平，通过PSMD14发挥DNA修复作用，从而抑制顺铂诱发的凋亡过程。另一方面，本课题针对肺癌一线化疗药物顺铂会导致部分肿瘤细胞发生转移这一现象，发现AHNAK2能响应顺铂刺激，被诱导升高。我们在肺腺癌中利用CRISPR-dCas9技术构建AHNAK2内源性增强的稳定细胞系，证实AHNAK2可以促进上皮-间质转化（EMT）的发生，增强肿瘤细胞运动迁移的能力。敲低AHNAK2的表达可以显著抑制顺铂导致的EMT发生和细胞运动迁移能力的增强。机制方面，我们发现顺铂可以激活经典有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPK）/ERK信号通路，增强其下游转录因子c-FOS 和c-JUN与AHNAK2启动子区域的结合能力，在转录水平上调AHNAK2的表达。干扰ERK，c-FOS和c-JUN的表达或活性均可通过阻断AHNAK2的表达上调抑制肺腺癌细胞转移。另外，蛋白质质谱分析发现AHNAK2与细胞骨架分子ACTN4和波形蛋白Vimentin存在结合，提示AHNAK2可能通过蛋白质之间相互作用调控细胞骨架运动和EMT的发生。综上，本课题阐明了AHNAK2介导顺铂耐药及顺铂促进肺腺癌转移的关键分子机制，为顺铂联合用药提供了重要靶点。