北大聯(lián)合北京協(xié)和醫(yī)學院揭示胰腺癌轉移新機制 提供治療新策略
近日，北京大學研究人員聯(lián)合北京協(xié)和醫(yī)學院研究人員共同在期刊《Cell Death& Disease》上發(fā)表了題為“High-throughput functional screen identifies YWHAZ as a key regulator of pancreatic cancer metastasis”的研究論文，該研究中，研究人員建立了一個基于piggyBac轉座子的高通量遺傳篩選平臺，研究人員發(fā)現(xiàn)YWHAZ是胰腺癌轉移的關鍵調控因子。研究人員證明了基因搜索載體對Ywhaz的功能性激活導致小鼠胰腺癌細胞轉移能力增強。YWHAZ促進胰腺癌細胞轉移的作用在人胰腺癌細胞中得到進一步驗證。YWHAZ的過表達通過調節(jié)上皮細胞到間質細胞的轉化，導致體外轉移表型更具侵襲性，體內存活率更短。因此，本研究建立了一種高通量篩選方法來研究新基因的功能相關性，并驗證了YWHAZ是胰腺癌轉移的關鍵調節(jié)因子。
研究背景
胰腺導管腺癌(PDAC)是常見的胰腺癌類型。它是美國癌癥死亡的第四大原因。其高死亡率可能是由于大多數(shù)PDAC患者的局部晚期腫瘤和/或轉移的診斷較晚。因此，需要研究胰腺癌轉移的分子發(fā)病機制，以制定新的有效的治療策略和臨床管理。
既往研究表明，腫瘤轉移是一個多步驟的過程，受腫瘤細胞和腫瘤微環(huán)境中一系列遺傳和表觀遺傳事件的控制，如“種子和土壤”假說所示。對PDAC進展進行的大量組織學和分子研究表明，PDAC從稱為胰腺上皮內瘤變(PanIN)的侵襲前狀態(tài)演變?yōu)橥砥谇忠u性PDAC，并伴有KRAS和某些腫瘤抑制基因的頻繁突變。越來越多的研究表明這些基因是PDAC發(fā)展和轉移的驅動因素，這表明需要開發(fā)針對這些基因的治療藥物來治療癌癥。然而，到目前為止，臨床上仍然缺乏有效的、有希望的抗癌藥物。此外，近期的高通量測序分析報告了臨床樣本中數(shù)千種低頻體細胞基因突變。這些突變中的大多數(shù)與PDAC轉移的功能相關性不確定，這表明已鑒定的特征突變可能代表了驅動PDAC發(fā)展和轉移的一小部分基因。從這種復雜的遺傳背景中識別新的“驅動”基因或途徑仍然是癌癥研究的一大挑戰(zhàn)。
利用轉座子標記的突變技術進行表型驅動的基因組篩查已被證明是識別疾病發(fā)病機制中潛在靶基因的有效策略。另一個轉座子piggyBac是產生插入突變的一種有前景的替代方法。PiggyBac近期經過工程改造，在許多類型的細胞中都具有高度活性，而且還可以介導體內哺乳動物細胞中的長期表達?；趐iggyBac的功能遺傳篩選已經識別出許多與腫瘤發(fā)生相關的癌癥相關基因，而這些基因在基于SB轉座子的功能遺傳篩選中無法識別。因此，piggybac介導的突變是一種很有前景的方法，用于開發(fā)功能基因組篩選，以確定PDAC中潛在的轉移控制靶點。
研究過程及發(fā)現(xiàn)
本研究旨在探討胰腺癌轉移的致病機制并鑒定致病基因。在低轉移的小鼠胰腺癌細胞系中建立高通量突變庫，以獲得功能缺失或功能獲得的基因和長鏈非編碼RNA等。進一步篩選高轉移表型，并在免疫應答良好的小鼠胰腺癌模型中進行驗證。
本研究表明，PB-GSV與單獨的轉座酶共轉染后，可以有效整合到基因組的四核苷酸TTAA序列中，更容易整合到轉錄位點(85%)，尤其是內含子(77%)。研究人員進一步研究了PB-GSV靶向的兩個基因Ywhaz和Anxa3，以證實它們對致突變系統(tǒng)的調控作用。在這兩種情況下，Dox治療不僅減少了肺轉移，而且延長了小鼠的存活率。YWHAZ在小鼠Pan02-4B3細胞和人aspc -1細胞中均有促進作用。這些結果表明，基于piggyBac的高通量調控誘變系統(tǒng)是發(fā)現(xiàn)腫瘤轉移致病基因的有效工具。
本研究鑒定的36個基因中，Ywhaz、Masp1、Lars2、Actb、Cenpe、2610507B11Rik等16個基因為功能獲得突變, 10個基因為功能喪失突變，主要在轉座子介導的突變發(fā)生的轉移亞克隆中發(fā)現(xiàn)，提示其在胰腺癌轉移中的致病作用。其中，一些基因是首次被鑒定為胰腺癌轉移的致病基因，盡管其中一些基因在某些腫瘤類型中被報道為腫瘤抑制基因或致癌基因。
轉移的第一步是從原發(fā)腫瘤部位脫離并侵入鄰近的血管系統(tǒng)，這表明它們的細胞間粘附的破壞和細胞遷移的增加是癌癥轉移的關鍵標志。在胰腺癌細胞系和胰腺癌小鼠模型中，VMP1過表達可以增加抗腫瘤藥物的耐藥性，但不依賴于自噬相關的作用，也被發(fā)現(xiàn)與胰腺癌的分級有關，特別是與低分化亞型有關，但尚未有明顯證據表明其在癌癥轉移中的作用。加速胰腺癌轉移的VMP1功能喪失可能有完全不同的途徑，這些候選基因的作用值得進一步研究，這些研究結果可能為胰腺癌的轉移和治療提供新的思路。
YWHAZ是小鼠和人胰腺癌轉移的調節(jié)因子
研究意義
綜上所述，研究人員建立了一個基于piggyBac轉座子的突變系統(tǒng)，以在體內對小鼠胰腺癌轉移的致病基因進行功能性篩選。研究結果表明，調控功能基因組篩選是鑒別腫瘤轉移致病基因的有效工具。這些鑒定的基因可能為癌癥轉移的潛在機制提供新的見解，并為胰腺癌的治療提供新的治療策略。
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