徐朝健課題組研究Periostin對骨肉瘤增殖和轉移的作用及其機制
2022年1月20日，山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院骨科徐朝健教授在國際期刊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、復發(fā)和轉移率高。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大大提高了OS的5年生存率。但是，復發(fā)和轉移仍是臨床治療面臨的兩大難題。OS術后局部復發(fā)率約為10%～20%，局部復發(fā)后生存率明顯降低。嚴重的是約有近一半的OS患者出現(xiàn)轉移（主要是肺轉移），且約有80%發(fā)生轉移的患者在5年內死亡。傳統(tǒng)的CT掃描篩查肺部轉移靈敏度低，幾個確定的骨肉瘤驅動基因腫瘤蛋白53、視網膜母細胞瘤基因、乳腺癌基因、磷酸酶和張力蛋白同源物等，以及針對血管內皮生長因子-2、雷帕霉素靶蛋白等靶向基因，并未能明顯改善生存率，控制腫瘤復發(fā)和轉移成為當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，更應注重發(fā)病機制的探索和研究。
近年來發(fā)現(xiàn)細胞外基質蛋白中的骨膜蛋白(periostin ，POSTN)在癌癥的發(fā)生、增殖和轉移起重要作用，可促進成骨及其前體細胞在骨膜的聚集分化。POSTN高表達在骨膜和牙周韌帶，故也稱作骨膜蛋白。研究表明，POSTN在多種惡性腫瘤相關的間質細胞中呈高表達，包括非小細胞肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胸腺瘤。POSTN的過度沉積在改變腫瘤微環(huán)境方面發(fā)揮著關鍵作用，如改變腫瘤干細胞生態(tài)、血管周圍生態(tài)、轉移前生態(tài)以及其他腫瘤生長支持的微環(huán)境研究發(fā)現(xiàn)POSTN對血管內皮細胞及血管形成的調控都是經過KDR/PI3K/AKT信號通路發(fā)揮作用。該信號通路對腫瘤細胞的增殖和促血管生成有明顯的促進作用。POSTN與整合素類蛋白聯(lián)合可激活KDR和AKT/PKB的活性，進而促進腫瘤的血管生成、侵襲和轉移能力。但POSTN與PI3K/AKT在OS增殖和轉移方面的機制尚不清楚。
生物信息學是為擴展生物學、醫(yī)學、行為學和衛(wèi)生學數(shù)據(jù)的用途而進行有關計算方法手段的研究、開發(fā)與應用，包括此類數(shù)據(jù)的采集、存儲、整理、歸檔、分析與可視化。其已經作為研究生命科學一個非常重要的工具，在人類疾病的發(fā)生發(fā)展特別是腫瘤形成的機制研究方面發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。其中，美國國立生物信息技術中心（national center for biotechnology information，NCBI）建立的高通量基因表達數(shù)據(jù)庫（gene expression omnibus，GEO）是最大的公共數(shù)據(jù)庫，包含并存儲大量芯片表達譜數(shù)據(jù)。尤其是臨床科研工作者可免費使用GEO內諸多表達譜數(shù)據(jù)進行深入分析，推動了臨床疾病的發(fā)病機制研究。科研和臨床一定要緊密的結合才是一項好的科研項目。基于傳統(tǒng)的生物信息學分析方法，又延伸出了一系列的復雜科研思路，讓整個的生物信息學大數(shù)據(jù)分析變得更加完整更加全面更加嚴謹。現(xiàn)在骨肉瘤主要的研究進展集中在：大數(shù)據(jù)分析并驗證免疫相關靶點研究，但是近年來關于骨肉瘤精準診療方面進展主要集中在免疫治療相關方向，而在基因藥物靶點方向尚無顯著進展。
為了明確POSTN與KDR/PI3K/AKT在OS增殖和轉移方面的機制，本研究將采用real-time PCR、Western blotting和免疫組化等方法檢測POSTN在OS細胞和組織中的表達差異，從OS患者、OS細胞株及動物實驗證實POSTN高表達。通過轉染POSTN-shRNA質粒干擾POSTN基因表達，觀察POSTN對OS細胞增殖，細胞侵襲和遷移的影響及KDR/PI3K/AKT信號通路在POSTN基因影響OS增殖和轉移中的作用。利用GEO數(shù)據(jù)庫篩選出原位OS以及肺轉移數(shù)據(jù)集 GSE85537 和 GSE37552 ，string構建交集基因的PPI蛋白網絡，Degree算法挑選出與周圍基因相關性最強的前7個基因，POSTN基因位列第一，GEPIA分析顯示POSTN在262例肉瘤中高表達且與患者較差預后密切相關。本研究通過生物信息學分析方法篩選鑒定出OS的潛在基因，通過分子生物學方法從細胞水平和在體動物實驗水平證實POSTN對OS增殖和轉移的作用，為OS肺轉移早期診斷和治療尋找新的生物標志物和治療靶點。
綜上，經過相關實驗，POSTN在人OS和OS細胞系中呈高表達，沉默POSTN可抑制OS的增殖及侵襲轉移能力。人OS組織中和MMP-1、MMP-3和MMP-13的表達明顯升高，提示可能與OS轉移相關。POSTN和KDR在OS中均呈現(xiàn)高表達水平且呈正相關，提示POSTN與KDR的高表達可能與骨肉瘤血管生成有關。敲減POSTN基因抑制OS內皮細胞黏附分子的表達，抑制血管生成。敲減POSTN可抑制骨肉瘤小鼠移植瘤生長和抑制PI3K/AKT信號通路蛋白表達,抑制血管生成。敲減POSTN后經小動物活體成像發(fā)現(xiàn)小鼠瘤體血管生成減少，證實沉默POSTN的抑制血管生成作用。POSTN有望作為預測OS患者肺轉移和預后典型的生物標志物，并作為治療靶點為臨床治療提供新的方案。
