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题名: Hepcidin-Ferroportin 信号通路的异常调节对肿瘤进展的影响机制
作者: 郭文丽
学位类别: 博士
答辩日期: 2015-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 刘思金
关键词: hepcidin,ferroportin,铁,肿瘤,转移,EMT,Hepcidin ; Ferroportin ; Iron ; Cancer ; Metastasis ; EMT
其他题名: The mechanism of deregulated hepcidin-ferroportin axis affecting cancer development
学位专业: 环境科学
中文摘要:     铁作为机体必需的营养元素参与多种生命过程,其代谢平衡对于维护细胞正常功能和机体的健康至关重要。机体的铁代谢主要由  hepcidin-ferroportin(FPN)轴进行调控。本研究组前期的研究工作表明,多氯联苯和重金属(如镉)等能够干扰hepcidin-FPN轴的功能,改变机体的铁代谢循环,引发肿瘤细胞的铁供应增加,导致肿瘤生长加速。
     流行病学调查和实验数据表明hepcidin-FPN信号通路的异常会增加肿瘤发生和肿瘤恶化的风险。但是,我们对 hepcidin-FPN信号通路异常的肿瘤学效应,特别是对于其中的分子机制缺乏深入了解,例如其对肿瘤转移和表皮细胞向间质细胞转化(EMT)的效应却并不清楚。本学位论文的主要研究目标是:(1)明确系统性 hepcidin对肿瘤进展的影响;(2)探明FPN在肿瘤转移中的作用及其机制;(3)筛选是否存在其它铁调节基因,在肿瘤转移过程发挥了调节作用。
    为了更加直观地考察系统性 hepcidin对肿瘤进展的影响,我们从国外引进了hepcidin敲除小鼠,并以此小鼠为研究对象,建立肺癌模型,探讨  hepcidin在肿瘤进展过程中的作用。瘤荷实验的结果表明,与野生型 (WT)小鼠相比,肺癌细胞 LL/2到  hepcidin敲除小鼠肺部归巢的能力明显降低,同时肿瘤在其肺部的进展也受到抑制。这是本文的第一个创新点,直接证实了系统性的 hepcidin缺失抑制肺癌细胞归巢及其在肺部的进展。
    作为目前唯一已知的铁输出蛋白,FPN抑制肿瘤生长的作用已被证实。但是,对于其在肿瘤转移过程中的研究却是空白。通过对临床样本的检测,我们发现伴随转移的原位瘤中 FPN水平明显降低,比未发生转移的原位瘤下调了近70%。由此我们推断 FPN在肿瘤转移过程中可能发挥了重要作用。为了探索FPN在肿瘤转移过程中的作用,我们构建了诱导型 FPN高表达细胞系。体外实验的结果表明,升高的 FPN可以在不引起细胞死亡的同时,降低细胞分裂的速度和克隆形成能力。体内实验证明 FPN高表达可以引起小鼠体内肿瘤生长延缓,减少肿瘤细胞向肺和肝脏的转移。这是本文的第二个创新点。在分子水平,我们确认了FPN高表达会影响  DNA合成,阻滞细胞周期。更重要的是,FPN高表达抑制了EMT过程,具体体现在大幅度降低了  EMT的关键指标,例如  Snail1,Twist1,ZEB2和   vimentin。此外,FPN高表达后乳酸的水平也发生了下降,表明糖酵解过程受到抑制。
    另一方面,为了更好地研究在肿瘤转移过程中铁调控相关基因的作用,我们建立了小鼠乳腺癌的肺转移模型,并利用这一模型,筛选到了原位细胞系和肺转移细胞系。同时,我们对转移瘤与非转移瘤中铁调控相关基因的表达情况进行了筛选,初步锁定了一些基因,稍后会细致研究这些基因在肿瘤转移中的作用机制。
    总结起来,我们的结果显著突出了  hepcidin-FPN信号通路在调节肿瘤生长和转移方面的重要作用,为理清肿瘤进展中这一通路的作用机制提供了新的证据。同时建立的小鼠乳腺癌原位和肺转移细胞系,为以后研究铁调控相关基因在肿瘤转移过程中的作用奠定了基础。
英文摘要:      As an essential nutrient,  iron participates in a myriad of  physiological processes.Its  balance is  vital  to  maintain regular  functions  of cells  and  physical  health. The systemic  iron homeostasis  is  primarily controlled  by  the hepcidin-ferroportin(FPN)axis.   Our   previous   work   has   proved   that    environmental   pollutants   such   as polychlorinated  biphenyls(PCBs)   and   heave  metals(cadmium)   could   distupt  the
hepcidin-FPN signaling, and  alter the circulation of  iron metablism, which facilitated tumor cell proliferation and growth.
    Epidemiological and experimental studies suggest that disordered hepcidin-ferroportin (FPN) signaling  is associated with  the increased risk of  cancers.However, the effects of  deregulated hepcidin-FPN signaling on  tumor behaviors such as the potential effects  on metastasis and epithelial  to mesenchymal transition (EMT)have not been closely  investigated. The aims of this dissertation  are as follows: (1) to make  it clear  that  the  effects of  circulating  hepcidin  on tumor  progression;  (2)  to elucidate the  role of FPN  in tumor  metastasis and the  underlying mechanism;  (3) to make sure whether there are other iron-regulatory genes invovled in the modulation of tumor metastasis.
    To better  investigate the  influence of  systemic hepcidin  on cancer  progression,we  imported  the hepcidin  knock-out  mice  and  established  a  model  of  lewis lung cancer.  LL/2   cells   were  injected   into   the  lateral   tail  veins   of   hepcidin-/-and wildtype(WT) mice. The data showed that remarkably undermined seeding propensity and  inhibited  tumor  progression  of  LL/2  lung  cancer  cells  were  characterized  in hepcidin-/-    mice, relative  to WT mice.  Our current  study represented the  first line of  direct  evidence identifying  a crucial  role of  circulating  hepcidin in  promoting lungtumor cell homing and consequential development in lungs of mice.
    As  the  only known  iron  exporter  in  mammals,  reduced  FPN expression  was verified to  enforce tumor growth  due to ineffective  iron efflux, coupled  to increased intracellular iron retention  in tumor cells.  But the insights into  the impact of FPN  on metastasis are still limited. We first looked into the difference of FPN expression level between primary tumors with metastases and primary tumors without metastases from breast cancer  patients. The  level of  FPN mRNA  expression was  greatly reduced  by more than  70% in breast tumors  with nodal metastases,  compared to tumors  without nodal  metastases. These  results implied  a  crucial role  of  FPN in  controlling tumor progression including metastasis. To  recognize the role of  FPN in tumor progression,we deliberately established  a breast cancer  cell line with inducible  forced expression of FPN. With this cell line,  we discovered that increased FPN expression reduced cell division  and   colony  formation   in  vitro,  without   eliciting  significant  cell   death.Analogously, FPN overexpression  impeded tumor growth and metastases  to lung and liver in mice. At the molecular level, FPN overexpression was identified to undermine DNA synthesis and cell cycle progression.  Importantly, FPN overexpression inhibited EMT,  as  reflected  by  the  great  decrease  of  representative  EMT  markers,  Snail1,Twist1,  ZEB2  and  vimentin.   Additionally,  there  was  also  a  reduction   of  lactate production  in cells  upon  induction of  FPN  overexpression,  suggesting the  reduced glycolysis.
    On  the other  hand,  we  established a  novel  orthotopic  model of  breast  cancer metastasis  to lungs  for  better  studying the  roles  of iron-regulatory  genes  in  tumor metastasis,  where primary  tumor sublines  and  lung metastatic  tumor sublines were selected. Meanwhile,  we preliminarily picked up  some genes by  testing the levels  of  iron-regulatory  genes in  primary tumors  and  lung metastatic  tumors.  Further study
will focus on the effects of these genes on metastasis.
    Together, our results  highlighted a crucial  role of the hepcidin-FPN  signaling in modulating tumor  growth and metastasis,  providing new  evidence to  understand the contribution  of  this  signaling  in  cancers.  Meanwhile  the  establishment  of  mouse breast  cancer sublines  from  primary  tumors  and lung  metastatic  tumors  facilitated detailed investigation of the effects of iron-regulatory genes on tumor metastasis.
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/34324
Appears in Collections:环境化学与生态毒理学国家重点实验室_学位论文

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郭文丽--Hepcidin-Ferroportin 信号通路的异常调节对肿瘤进展的影响机制.pdf(3573KB)学位论文--限制开放 联系获取全文

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郭文丽. Hepcidin-Ferroportin 信号通路的异常调节对肿瘤进展的影响机制[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.
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