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目的: 世界卫生组织(WHO)统计数据显示肺癌仍是目前发病率与死亡率最高的恶性肿瘤之一。本研究旨在探索CYP3A5基因与肺腺癌转移之间的关系并进一步挖掘CYP3A5调控肺腺癌转移的潜在机制。 方法: 本研究前期采用加权基因共表达分析(WGCNA)对4个肺腺癌公共数据集(GSE10072,GSE31210,GSE40419,GSE68465)展开分析,筛选与肺腺癌侵袭迁移相关的关键调控基因。然后利用本实验室肺癌生物样本库中32对新鲜肺腺癌组织及其配对癌旁正常组织,对筛选出来的基因进行了实时定量PCR检测,并分析其与临床病理变量之间的关系。利用92对肺腺癌组织芯片进行免疫组化实验,在蛋白层面进一步验证其表达水平并进行预后分析。通过实时定量PCR和Western blot的方法从mRNA和蛋白两个层面检测肺腺癌各细胞系中CYP3A5的表达水平,根据表达水平选择两株CYP3A5相对低表达的肺腺癌细胞株进行下一步体外功能学的实验。通过慢病毒介导构建过表达CYP3A5的肺腺癌稳转细胞株,并用Transwell小室、Matrigel小室、细胞划痕和CCK-8实验分别检测细胞迁移、侵袭和增殖等恶性表型。在免疫缺陷小鼠上进行尾静脉注射肺腺癌细胞株建立肺转移瘤动物模型,用来进行体内功能学实验。在机制研究中,我们采用PEX100磷酸化蛋白芯片检测过表达CYP3A5后细胞内中磷酸化位点的变化。Western blot和免疫荧光实验用于检测下游信号通路的变化。LDN193189和BMP重组蛋白用来作为Smad1磷酸化的特异性激动剂和抑制剂。分别采用免疫荧光和流式细胞术检测细胞内ROS水平的改变。NAC和H2O2分别用来抑制和升高细胞内ROS的水平。 结果: 通过qRT-PCR和免疫组化(IHC)实验揭示在肺腺癌患者中,CYP3A5的低表达与淋巴结转移和TNM分期呈现显著的负相关;预后分析结果显示低表达CYP3A5的患者预后较高表达的患者差,且低表达CYP3A5是肺腺癌患者的独立预后因素。在体外实验中,通过慢病毒稳转方式构建过表达CYP3A5的稳转细胞株,体外细胞功能学实验的结果表明过表达CYP3A5后,肺腺癌细胞的迁移和侵袭能力被显著抑制,但对增殖和凋亡等能力没有影响。通过免疫缺陷小鼠的尾静脉肺转移瘤模型,我们发现过表达CYP3A5后肺腺癌细胞的体内转移能力显著降低。 在机制研究中,通过磷酸化蛋白芯片(PEX100)检测分析发现过表达CYP3A5后多个磷酸化位点发生显著下调,其中Smad1(ser463/ser465)的磷酸化水平差异最大。Western blot实验证实在A549和H1975中过表达CYP3A5后,Smad1(ser463/ser465)的磷酸化水平被显著抑制且变化最大;当我们在过表达CYP3A5细胞中加入Smad1磷酸化特异性激动剂(BMP)后,过表达CYP3A5细胞的侵袭和迁移能力显著增强,逆转了过表达CYP3A5对肺腺癌转移的抑制能力。此外,我们在对照组和过表达CYP3A5的细胞中分别加入Smad1磷酸化特异性抑制剂(LDN193189),我们发现对照组细胞的侵袭和迁移能力显著降低且与过表达CYP3A5组的迁移和侵袭能力接近。综合上述结果提示CYP3A5依赖Smad1磷酸化改变调控肺腺癌侵袭和转移。文献复习可知CYP3A5在代谢过程中会产生ROS,因此我们提出假设过表达CYP3A5可以通过产生ROS介导Smad1磷酸化的改变调控肺腺癌的侵袭和转移。当在过表达CYP3A5细胞中加入ROS抑制剂(NAC)后,NAC可以逆转过表达CYP3A5对肺腺癌转移的抑制能力,而当我们在对照组细胞中加入ROS激动剂(H2O2)后,对照组细胞侵袭和迁移能力被抑制并接近过表达CYP3A5组细胞。交叉拯救实验发现CYP3A5对Smad1磷酸化的调控依赖于ROS水平的改变。 结论: 通过本研究,我们发现CYP3A5是一种新型的肺腺癌转移的关键调控基因,且可以作为肺腺癌转移预测的潜在生物学靶标,机制研究发现CYP3A5通过调控BMP/Smad1信号通路介导肺腺癌的侵袭与转移。本研究结果为肺腺癌的诊疗提供新的理论依据和靶标,推动了肺腺癌精准医学的发展。