歷時6年，上海交通大學醫(yī)學院細胞分化和凋亡教育部重點實驗室陳國強教授領銜的課題組在多梳蛋白4（Cbx4）通過類泛素（SUMO）化修飾低氧誘導因子1（HIF-1）,干預肝癌組織新生血管生成研究方面取得創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)。近日，該項研究成果以“Cbx4 Governs HIF-1 to Potentiate Angiogenesis of Hepatocellular Carcinoma by its SUMO E3 Ligase Activity”為題發(fā)表在國際一流學術期刊Cancer Cell（《 癌細胞 》，2012年影響因子約25）。
肝癌的發(fā)病率和致死率分別位列世界惡性腫瘤的第五和第三位，在我國更是位居第二位的腫瘤死亡原因，其預后差，容易發(fā)生復發(fā)及轉(zhuǎn)移，是影響我國人民健康的重大疾病。通過幾十年來的深入研究，人們對肝癌發(fā)生的分子機理有了一定認識，其中，高密度的新生血管生成被認為在肝癌的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮了重要作用。因此，抑制腫瘤血管生成日趨成為肝癌治療的新策略，但既往研究中缺少特異性抑制新生血管生成的靶點蛋白。
陳國強教授領導的科研團隊通過檢測727例肝癌病人的癌組織樣本中Cbx4的表達，發(fā)現(xiàn)高表達Cbx4的肝癌病人手術后五年生存期明顯低于低表達Cbx4的肝癌病人，由此課題組提出Cbx4是獨立判斷肝癌病人預后的重要指標。在此基礎上，他們進一步發(fā)現(xiàn)Cbx4的表達水平與血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達及新生血管密度呈高度正相關，即在多種皮下與原位肝癌實驗小鼠模型中，Cbx4高表達促進VEGF的產(chǎn)生、新生血管生成和腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移；反之，抑制Cbx4表達則明顯抑制甚至阻止肝癌細胞在小鼠體內(nèi)的生長，該發(fā)現(xiàn)揭示了Cbx4在肝癌發(fā)生發(fā)展中的重要作用。
課題組同時發(fā)現(xiàn)，在正常氧濃度下，Cbx4并不調(diào)控VEGF的表達。由于低氧是實體瘤細胞生長的一個重要微環(huán)境，科研人員開始研究Cbx4在低氧條件下的潛在效應，發(fā)現(xiàn)Cbx4的表達明顯增加低氧誘導的VEGF表達，并增加血管內(nèi)皮細胞形成血管的能力，而當細胞適應低氧環(huán)境的重要調(diào)控蛋白——低氧誘導因子-1（HIF-1）的兩個組成蛋白（HIF-1a和HIF-1b）表達缺失時，Cbx4對 VEGF產(chǎn)生和血管生成的調(diào)控效應完全喪失。 Cbx4是多梳抑制復合體1的一個重要成員，過去的研究表明，該復合物主要通過結(jié)合甲基化組蛋白，在表觀遺傳學水平抑制基因的表達。然而，喪失表觀遺傳功能的Cbx4突變體依然呈現(xiàn)對VEGF表達的調(diào)控效應。在此基礎上，課題組發(fā)現(xiàn)Cbx4作為一個SUMO化修飾的E3連接酶，通過它的第一個類泛素結(jié)合結(jié)構域（SIM1）相互作用，隨后通過第二個類泛素結(jié)合結(jié)構域（SIM2）發(fā)揮SUMO化修飾效應，導致HIF-1a的兩個賴氨酸發(fā)生SUMO化修飾?？蒲腥藛T將這種SUMO化修飾形象地稱為如同Cbx4給HIF-1a穿上了“鐵盔甲”，使得其結(jié)合DNA的能力和轉(zhuǎn)錄活性顯著增強，上調(diào)了VEGF的表達，進而促進新生血管的生成和腫瘤轉(zhuǎn)移?？蒲腥藛T還進一步發(fā)現(xiàn)Cbx4 還調(diào)控了低氧反應下其他的靶基因，如紅細胞生成素（EPO）、丙酮酸脫氫酶激酶-1（PDK1）等。
該項研究發(fā)現(xiàn)了Cbx4與肝癌病人的生存期密切相關，有望成為臨床上判斷肝癌預后的指標；同時發(fā)現(xiàn)Cbx4通過其SUMO化連接酶的活性調(diào)控肝癌的新生血管生成，提示發(fā)展靶向Cbx4的SUMO E3連接酶活性的藥物可能為肝癌的治療提供新的策略；此外還發(fā)現(xiàn)Cbx4調(diào)控了低氧反應中許多靶基因的表達，提示其可能也在與低氧反應相關的其它疾病如動脈粥樣硬化、糖尿病中發(fā)揮作用，為這些疾病的基礎及臨床研究提供了方向。
該項工作全部由交大醫(yī)學院科研人員在國內(nèi)獨立完成，在責任作者陳國強的精心指導下，由他的博士研究生李杰和中國科學院上海生命科學研究院-上海交通大學醫(yī)學院健康科學研究所徐穎副研究員等歷時6年完成。同時，在臨床樣本的收集中得到廣西右江民族醫(yī)學院和上海交大醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院的龍喜帶和夏強教授的大力支持。陳國強課題組長期致力于HIF-1的表達調(diào)控和靶基因識別，此次研究成果是在低氧和HIF-1通過其非轉(zhuǎn)錄機制有效誘導白血病細胞分化等方面取得系列創(chuàng)新性和系統(tǒng)性發(fā)現(xiàn)后的又一重要進展。該項工作也得到國家自然科學基金重點項目和國家科技部重大科學計劃的支持。
