肿瘤侵袭和转移的恶性生物行为及分子干预

肿瘤侵袭和转移的恶性生物行为及分子干预 项目名称： 肿瘤侵袭和转移的恶性生物行为及分子起止年限： 依托部门：干预 詹启敏 中国医学科学院肿瘤医院肿瘤研究所 2009.1至2013.8 教育部 首席科学家： 一、研究内容1细胞周期调控异常与肿瘤恶性增殖、侵袭相关分子机理 肿瘤是一种“细胞转导通路异常”性疾病,我们将通过分子生物学、细胞生物学、和动物模型相结合的研究技术，重点研究抑癌基因p53、BRCA1、Gadd45介导的信号通路与细胞周期蛋白Aurora-A、Cyclin B1、Plk1的相互作用，以及在细胞周期调控和肿瘤恶性表型形成中的生物学功能和分子机制。从而揭示细胞增殖失调与肿瘤侵袭转移的内在联系。 2细胞凋亡和分化异常与肿瘤侵袭性生长的关系 细胞凋亡调控机制的异常与侵袭特性生长密切相关。促进细胞死亡的机制失活和抑制凋亡的分子的大量表达使癌症细胞存活延长，使基因突变的积累和癌变机会的增加，同时凋亡机制的异常导致肿瘤细胞具有抗药性。通过对细胞死亡新机制、肿瘤干细胞凋亡相关研究、细胞信号转导与凋亡调控等研究，深入探讨侵袭性生长的机制。 3肿瘤干细胞和肿瘤微环境与肿瘤转移的内在关系 以恶性肿瘤干细胞特异性表型为突破口，从白血病干细胞延伸至实体瘤干细胞，研究其自我更新和分化的特性，探讨肿瘤转移的起始因素和关键分子生物学性质，认别恶性肿瘤干细胞与微环境或肿瘤 “基质”间的相互作用机制,从而为特异性打击肿瘤干细胞作为彻底消除肿瘤转移潜能的一种新策略提供重要的理论基础。 4. 肿瘤血管和淋巴管新生介导的肿瘤转移机制 已鉴定肿瘤组织中血管表达Tim-3和淋巴管表达Sema4c等是沉默抗肿瘤免疫的重要活性分子，能通过与淋巴细胞的对话，诱导机体对肿瘤的免疫耐受，是新发现的肿瘤免疫逃避机制。在本项目中我们拟进一步研究血管和淋巴管促肿瘤转移的动力学，应用切片流式细胞仪等最新一代高通量组织和细胞分析平台，确定血管和淋巴管中预示早期肿瘤转移的始动免疫分子和对其进行靶向干预策略的有效性。 5. 肿瘤转移标记物与肿瘤转移靶向识别 将在前期工作的基础上，开展肿瘤标志物的应用及相关机制研究，着重围绕针对肿瘤转移病灶的标志物及对肿瘤细胞恶性生物行为影响的分子机制进行研 1 究；将以与肿瘤转移密切相关的酪氨酸磷酸酶PRL-3和促干细胞生长因子Hiwi为切入点，深入研究PRL-3的促肿瘤转移机制；并通过活体成像标记达到准确识别微转移病灶的目的。 6. 肿瘤转移潜伏细胞和微转移病灶的早期诊断及清除 将利用针对亚临床微小转移病灶的靶向多肽，与促凋亡蛋白TRAIL、白喉毒素及化疗药物与其融合，制备一批针对亚临床微小转移病灶的导向生物治疗制剂，实现对肿瘤微小转移病灶的靶向杀伤作用。并通过调控免疫应答，筛选肿瘤细胞抗原肽特异性亲和配体，增强抗原提呈，促进导向生物制剂有效清除微小肿瘤病灶。 7恶性肿瘤增殖拮抗阻遏研究 研究作用于多环节阻遏肿瘤转移的新型制剂是治疗肿瘤的发展方向。以肿瘤相关基因、信号转导分子等为靶点，采用转基因、RNA干扰技术和小分子药物设计等手段，阐明肿瘤增殖阻遏分子作用机制。研究针对肿瘤增殖与转移作用的生物治疗剂和小分子物质，并建立实时观察肿瘤生成与转移的示踪方法，观察体内的抗肿瘤生长与转移的效果，为新型肿瘤增殖阻遏剂的研究提供理论基础。 8肿瘤侵袭、转移分子靶向干预 在前期研究中，我们已经筛选出一批肿瘤转移肿瘤相关基因和调节因子，包括LASS2、BACP、HPO、Mag、Ceap、BPY2IP1、DACT1、LOC374946、4OF7、Sema4C和Tim3等，我们将深入研究其生物性状并筛选或合成相应小分子拮抗剂，应用模式生物进行验证。同时致力于改造新一代靶向载体，为肿瘤转移靶向分子干预提供有利条件。 2 二、预期目标总体目标 本项目将以建立阻断肿瘤转移有效方法、改善肿瘤患者预后、保障人类健康为目标，分析肿瘤恶性生物学行为的基本生物要素和演化过程，揭示肿瘤恶性增殖和侵袭表型与肿瘤转移潜能的内在联系。以严重危害我国人民生命健康的12种肿瘤（如食管癌、肝癌）为主要对象，从肿瘤侵袭、转移多元调节机制研究入手，提出肿瘤转移分子干预的新思路和新途径，建立阻遏肿瘤转移的有效手段。本项目重点放在研究肿瘤细胞恶性生物行为和肿瘤转移分子干预，瞄准国际发展前沿的基础上，密切结合我国实际情况，争取获得一批具有我国自主知识产权的肿瘤转移相关靶基因、关键靶分子；对前期工作基础中发现的肿瘤转移新的机制在更大规模、更多肿瘤病种中加以研究；引入新的分子治疗手段，使我国在分子治疗上逐步形成自主创新的能力。经过5年项目实施，预期在控制肿瘤侵袭、阻断肿瘤转移专项研究中获得若干突破，最终使我国在控制肿瘤侵袭转移的基础和应用研究方面与国际前沿接轨并在国际同领域研究中占据重要地位，加速我国抗肿瘤生物高科技产业的建立和发展。 五年目标 1. 明确肿瘤干细胞的转移表型：自我更新是所有干细胞的主要特性之一。对于 肿瘤干细胞来说，这一特性尤为重要。肿瘤干细胞自我更新和成瘤的分子机制目前还不清楚。我们拟研究在肿瘤干细胞中具有特异表达的分子，观察这些特异性分子和肿瘤克隆与肿瘤转移潜能的内在联系，从干细胞的自我更新的角度为寻找特异遏制肿瘤转移的方法提供理论基础和前期实验数据。 2. 确定细胞恶性生物行为与肿瘤侵袭性生长、转移潜能的分子分型：肿瘤是一 种“细胞转导通路异常”性疾病, 根据前期“ 973”筛选出的关键分子，将转移性肿瘤的分子划分成若干“细胞转导通路异常”亚型。在每种亚型中确定若干反映该通路功能状况的“检测分子”和逆转功能异常的“药靶分子”。通过新一代高通量细胞分析仪确定新的信号传导通路和调节位点。 3. 明确促进肿瘤转移生物行为形成的微环境机制：揭示肿瘤细胞与肿瘤微环境 相互作用中关键的肿瘤免疫逃逸机制，肿瘤“基质”在肿瘤转移中的重要作用；并重点研究肿瘤血管内皮细胞，淋巴管内皮细胞与生理性血管和淋巴管生成机制的差异，确定可能的肿瘤转移干扰阻断靶点。 3 4. 进行肿瘤标志物、靶向肽、特异性抗体和小分子拮抗剂等针对微小潜伏肿瘤 病灶或残留肿瘤细胞的分子药靶的筛选、鉴定或合成，建立旨在彻底清除微小潜伏肿瘤病灶或残留肿瘤细胞的有效方法。 5. 建立多种分子模型和模式动物学模型，改进完善用于本项目分子机理研究（如 细胞增殖、凋亡和分化）的技术体系，建立我国肿瘤转移相关基因文库，创建新的一批分析系统和技术支撑平台。筛选肿瘤转移的特异性拮抗剂，验证可能作为阻断肿瘤侵袭、转移药靶的有效性和临床实用性，从功能效应的角度出发，在分子、细胞、组织和整体水平设置验证分析体系。 6. 培养一批在国际肿瘤学界有竞争力的中青年科学家，造就我国肿瘤侵袭、转 移研究领域学术群体强势，集中我国专家的攻关能力，取得若干重大突破，建立我国发展抗肿瘤生物高科技产业的技术平台和试验基地。 7. 通过组织和集中我国专家的攻关能力，使该项目取得若干重大突破，大大提 升我国在该领域的研究水平，确立在国际上的先进地位。研究成果主要以研究论文和独立开发的技术成果（专利）形式公布，计划在国内外发表学术论文300篇左右，着重在国外核心刊物发表学术论文60篇左右，力争在Science或Nature发表12篇论文，申报专利10项。并将研究成果有计划纳入国家863新技术和新药开发进程。 4 三、研究方案 (一) 总体学术思路 本项目以探索肿瘤侵袭转移的基本规律，并建立较为有效的阻遏方法为基本出发点，提出新的研究思路：(1)从细胞周期调控、细胞分化、细胞凋亡、肿瘤干细胞、血管生成、肿瘤微环境等方面深入研究肿瘤侵袭、转移的恶性生物学行为，建立干预肿瘤转移的有效措施，使潜伏在肿瘤患者体内的残留癌细胞的增殖分化与凋亡达到动态平衡，肿瘤患者处于健康状态下的带瘤细胞生存；(2)通过肿瘤标志物、靶向肽、特异性抗体和小分子拮抗剂等针对微小潜伏肿瘤病灶或残留肿瘤细胞的分子药靶的筛选、鉴定或合成，建立旨在彻底清除微小潜伏肿瘤病灶或残留肿瘤细胞的有效方法，从而最大限度减少肿瘤复发转移的可能性。通过功能效应和临床整体验证的角度来检验分子干预的有效性和实用性，真正做到有效控制肿瘤复发转移，保护患者健康。 (二) (三) 创新点与特色 1. 从多层次和多学科交叉入手，围绕恶性肿瘤恶性生物学行为对细胞增殖、转 5 技术路线 移的影响这一肿瘤研究的关键问题，结合我国已有的研究积累和基础，探索恶性肿瘤相关基因、功能蛋白、信号分子等可能的分子干预机制。 2. 在遵循肿瘤侵袭转移的生物规律，建立有效的分子干预方法的基本观点上， 提出在保持肿瘤患者健康状态下的带瘤细胞生存的新思路，作为控制肿瘤复发转移的基本要素。 3. 恶性肿瘤复发转移是在临床治疗达到痊愈后以潜伏肿瘤病灶或残留瘤细胞复 燃为基础，因此，通过特异性靶向识别和清除微小潜伏肿瘤病灶或残留肿瘤细胞，清除肿瘤复发转移的可能性为本项目长远目标或最终目的。 4. 将研究以肿瘤干细胞特异性表型为突破口，研究恶性肿瘤干细胞分化和自我 更新的生物学基础，为识别肿瘤转移的起始因素和关键细胞生物学性质、建立特异性清除肿瘤干细胞提供重要的理论基础。 5. 从探索血管生成、新生淋巴管介导的肿瘤转移机制为切入点，建立有效的抗 血管生成和阻碍新生淋巴管措施，阐明肿瘤新生血管、淋巴管组成部分参与局部免疫调节的机理及建立可能的干预手段。 6. 新型研究平台及模式生物学的应用，结合新的分子抑制剂筛选或合成，强调 整体和体内功能效应验证是本项目的独特之处。 (四) 可行性分析 本项目重点放在研究肿瘤细胞恶性生物行为和肿瘤转移分子干预，实现遏制肿瘤侵袭和转移的战略目标。项目总体方案切实可行，首先，在人才队伍方面，承担本项目研究工作的中坚力量和骨干分别是我国肿瘤生物学、细胞生物学、分子生物学、肿瘤免疫学、分子药理学等领域的青年一代学科带头人和技术骨干。本研究队伍主要以中、青年科学家组成，有6名国家杰出青年基金获得者，研究成绩斐然 （项目成员发表SCI文章560篇，总影响因子共为1400，SCI引用率超过10000次)，通过前一个“973”计划的执行，已取得阶段性进展，为该项目打下坚实基础，也是确保项目顺利实施和取得成功的最基本和最重要的要素。其次，本项目提出的主要科学问题和完成的研究目标都具有理论和实际依据，我们已经发现了一些与肿瘤增殖与转移相关的新基因、信号分子和相应阻遏剂，所建立的相关实验细胞库、组织库和动物模型库日趋完备，有可能成为研究抗肿瘤侵袭和转移的新的突破口。第三，本项目整合了多个国家重点实验室的科研资源，包括 6 分子肿瘤学国家重点实验室、癌基因和相关基因国家重点实验室、生物膜与膜生物工程国家重点实验室、蛋白质组学国家重点实验室以及教育部重点学科相关实验室，通过资源和技术共享、人员交流等前期合作的可取模式，将为研究目标的实现提供有力保障。 （五）课题设计思路、各课题之间的联系及与项目总体目标的关系 根据上述研究思路，本项目设置八个相对独立又有密切关联的课题： (1) 细胞周期调控异常与肿瘤恶性增殖、侵袭相关分子机理： 主要研究内容： A抑癌基因p53介导的ncRNA在细胞周期检测点中的功能和分子机制 ncRNA是非编码蛋白质RNA的总称，是基因组中极其重要的一部分，哺乳动物基因组