徐朝健課題組研究Periostin對(duì)骨肉瘤增殖和轉(zhuǎn)移的作用及其機(jī)制
2022年1月20日，山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院骨科徐朝健教授在國(guó)際期刊Cancer Cell International以Article形式發(fā)表題為“Periostin promotes the proliferation and metastasis of osteosarcoma by increasing cell survival and activates the PI3K/Akt pathway”的研究論文。
骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）是好發(fā)于兒童和青少年最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性骨腫瘤，四肢干骺端為其主要的發(fā)病部位，其惡性程度高、侵襲性強(qiáng)、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移率高。綜合的治療方法包括新輔助化療及廣泛切除外科邊緣等技術(shù)大大提高了OS的5年生存率。但是，復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移仍是臨床治療面臨的兩大難題。OS術(shù)后局部復(fù)發(fā)率約為10%～20%，局部復(fù)發(fā)后生存率明顯降低。嚴(yán)重的是約有近一半的OS患者出現(xiàn)轉(zhuǎn)移（主要是肺轉(zhuǎn)移），且約有80%發(fā)生轉(zhuǎn)移的患者在5年內(nèi)死亡。傳統(tǒng)的CT掃描篩查肺部轉(zhuǎn)移靈敏度低，幾個(gè)確定的骨肉瘤驅(qū)動(dòng)基因腫瘤蛋白53、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因、乳腺癌基因、磷酸酶和張力蛋白同源物等，以及針對(duì)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子-2、雷帕霉素靶蛋白等靶向基因，并未能明顯改善生存率，控制腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移成為當(dāng)今骨腫瘤治療的最大難題之一，故在深入研究和發(fā)掘新輔助化療的同時(shí)，更應(yīng)注重發(fā)病機(jī)制的探索和研究。
近年來(lái)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白中的骨膜蛋白(periostin ，POSTN)在癌癥的發(fā)生、增殖和轉(zhuǎn)移起重要作用，可促進(jìn)成骨及其前體細(xì)胞在骨膜的聚集分化。POSTN高表達(dá)在骨膜和牙周韌帶，故也稱作骨膜蛋白。研究表明，POSTN在多種惡性腫瘤相關(guān)的間質(zhì)細(xì)胞中呈高表達(dá)，包括非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胸腺瘤。POSTN的過(guò)度沉積在改變腫瘤微環(huán)境方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如改變腫瘤干細(xì)胞生態(tài)、血管周圍生態(tài)、轉(zhuǎn)移前生態(tài)以及其他腫瘤生長(zhǎng)支持的微環(huán)境研究發(fā)現(xiàn)POSTN對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及血管形成的調(diào)控都是經(jīng)過(guò)KDR/PI3K/AKT信號(hào)通路發(fā)揮作用。該信號(hào)通路對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖和促血管生成有明顯的促進(jìn)作用。POSTN與整合素類蛋白聯(lián)合可激活KDR和AKT/PKB的活性，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移能力。但POSTN與PI3K/AKT在OS增殖和轉(zhuǎn)移方面的機(jī)制尚不清楚。
生物信息學(xué)是為擴(kuò)展生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、行為學(xué)和衛(wèi)生學(xué)數(shù)據(jù)的用途而進(jìn)行有關(guān)計(jì)算方法手段的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，包括此類數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、整理、歸檔、分析與可視化。其已經(jīng)作為研究生命科學(xué)一個(gè)非常重要的工具，在人類疾病的發(fā)生發(fā)展特別是腫瘤形成的機(jī)制研究方面發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。其中，美國(guó)國(guó)立生物信息技術(shù)中心（national center for biotechnology information，NCBI）建立的高通量基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)（gene expression omnibus，GEO）是最大的公共數(shù)據(jù)庫(kù)，包含并存儲(chǔ)大量芯片表達(dá)譜數(shù)據(jù)。尤其是臨床科研工作者可免費(fèi)使用GEO內(nèi)諸多表達(dá)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，推動(dòng)了臨床疾病的發(fā)病機(jī)制研究?？蒲泻团R床一定要緊密的結(jié)合才是一項(xiàng)好的科研項(xiàng)目?；趥鹘y(tǒng)的生物信息學(xué)分析方法，又延伸出了一系列的復(fù)雜科研思路，讓整個(gè)的生物信息學(xué)大數(shù)據(jù)分析變得更加完整更加全面更加嚴(yán)謹(jǐn)。現(xiàn)在骨肉瘤主要的研究進(jìn)展集中在：大數(shù)據(jù)分析并驗(yàn)證免疫相關(guān)靶點(diǎn)研究，但是近年來(lái)關(guān)于骨肉瘤精準(zhǔn)診療方面進(jìn)展主要集中在免疫治療相關(guān)方向，而在基因藥物靶點(diǎn)方向尚無(wú)顯著進(jìn)展。
為了明確POSTN與KDR/PI3K/AKT在OS增殖和轉(zhuǎn)移方面的機(jī)制，本研究將采用real-time PCR、Western blotting和免疫組化等方法檢測(cè)POSTN在OS細(xì)胞和組織中的表達(dá)差異，從OS患者、OS細(xì)胞株及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)POSTN高表達(dá)。通過(guò)轉(zhuǎn)染POSTN-shRNA質(zhì)粒干擾POSTN基因表達(dá)，觀察POSTN對(duì)OS細(xì)胞增殖，細(xì)胞侵襲和遷移的影響及KDR/PI3K/AKT信號(hào)通路在POSTN基因影響OS增殖和轉(zhuǎn)移中的作用。利用GEO數(shù)據(jù)庫(kù)篩選出原位OS以及肺轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)集 GSE85537 和 GSE37552 ，string構(gòu)建交集基因的PPI蛋白網(wǎng)絡(luò)，Degree算法挑選出與周圍基因相關(guān)性最強(qiáng)的前7個(gè)基因，POSTN基因位列第一，GEPIA分析顯示POSTN在262例肉瘤中高表達(dá)且與患者較差預(yù)后密切相關(guān)。本研究通過(guò)生物信息學(xué)分析方法篩選鑒定出OS的潛在基因，通過(guò)分子生物學(xué)方法從細(xì)胞水平和在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平證實(shí)POSTN對(duì)OS增殖和轉(zhuǎn)移的作用，為OS肺轉(zhuǎn)移早期診斷和治療尋找新的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。
綜上，經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，POSTN在人OS和OS細(xì)胞系中呈高表達(dá)，沉默POSTN可抑制OS的增殖及侵襲轉(zhuǎn)移能力。人OS組織中和MMP-1、MMP-3和MMP-13的表達(dá)明顯升高，提示可能與OS轉(zhuǎn)移相關(guān)。POSTN和KDR在OS中均呈現(xiàn)高表達(dá)水平且呈正相關(guān)，提示POSTN與KDR的高表達(dá)可能與骨肉瘤血管生成有關(guān)。敲減POSTN基因抑制OS內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá)，抑制血管生成。敲減POSTN可抑制骨肉瘤小鼠移植瘤生長(zhǎng)和抑制PI3K/AKT信號(hào)通路蛋白表達(dá),抑制血管生成。敲減POSTN后經(jīng)小動(dòng)物活體成像發(fā)現(xiàn)小鼠瘤體血管生成減少，證實(shí)沉默POSTN的抑制血管生成作用。POSTN有望作為預(yù)測(cè)OS患者肺轉(zhuǎn)移和預(yù)后典型的生物標(biāo)志物，并作為治療靶點(diǎn)為臨床治療提供新的方案。
