徐朝健课题组研究Periostin对骨肉瘤增殖和转移的作用及其机制
2022年1月20日，山西医科大学第二医院骨科徐朝健教授在国际期刊Cancer Cell International以Article形式发表题为“Periostin promotes the proliferation and metastasis of osteosarcoma by increasing cell survival and activates the PI3K/Akt pathway”的研究论文。
骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）是好发于儿童和青少年最常见的原发性恶性骨肿瘤，四肢干骺端为其主要的发病部位，其恶性程度高、侵袭性强、复发和转移率高。综合的治疗方法包括新辅助化疗及广泛切除外科边缘等技术大大提高了OS的5年生存率。但是，复发和转移仍是临床治疗面临的两大难题。OS术后局部复发率约为10%～20%，局部复发后生存率明显降低。严重的是约有近一半的OS患者出现转移（主要是肺转移），且约有80%发生转移的患者在5年内死亡。传统的CT扫描筛查肺部转移灵敏度低，几个确定的骨肉瘤驱动基因肿瘤蛋白53、视网膜母细胞瘤基因、乳腺癌基因、磷酸酶和张力蛋白同源物等，以及针对血管内皮生长因子-2、雷帕霉素靶蛋白等靶向基因，并未能明显改善生存率，控制肿瘤复发和转移成为当今骨肿瘤治疗的最大难题之一，故在深入研究和发掘新辅助化疗的同时，更应注重发病机制的探索和研究。
近年来发现细胞外基质蛋白中的骨膜蛋白(periostin ，POSTN)在癌症的发生、增殖和转移起重要作用，可促进成骨及其前体细胞在骨膜的聚集分化。POSTN高表达在骨膜和牙周韧带，故也称作骨膜蛋白。研究表明，POSTN在多种恶性肿瘤相关的间质细胞中呈高表达，包括非小细胞肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胸腺瘤。POSTN的过度沉积在改变肿瘤微环境方面发挥着关键作用，如改变肿瘤干细胞生态、血管周围生态、转移前生态以及其他肿瘤生长支持的微环境研究发现POSTN对血管内皮细胞及血管形成的调控都是经过KDR/PI3K/AKT信号通路发挥作用。该信号通路对肿瘤细胞的增殖和促血管生成有明显的促进作用。POSTN与整合素类蛋白联合可激活KDR和AKT/PKB的活性，进而促进肿瘤的血管生成、侵袭和转移能力。但POSTN与PI3K/AKT在OS增殖和转移方面的机制尚不清楚。
生物信息学是为扩展生物学、医学、行为学和卫生学数据的用途而进行有关计算方法手段的研究、开发与应用，包括此类数据的采集、存储、整理、归档、分析与可视化。其已经作为研究生命科学一个非常重要的工具，在人类疾病的发生发展特别是肿瘤形成的机制研究方面发挥愈发重要的作用。其中，美国国立生物信息技术中心（national center for biotechnology information，NCBI）建立的高通量基因表达数据库（gene expression omnibus，GEO）是最大的公共数据库，包含并存储大量芯片表达谱数据。尤其是临床科研工作者可免费使用GEO内诸多表达谱数据进行深入分析，推动了临床疾病的发病机制研究。科研和临床一定要紧密的结合才是一项好的科研项目。基于传统的生物信息学分析方法，又延伸出了一系列的复杂科研思路，让整个的生物信息学大数据分析变得更加完整更加全面更加严谨。现在骨肉瘤主要的研究进展集中在：大数据分析并验证免疫相关靶点研究，但是近年来关于骨肉瘤精准诊疗方面进展主要集中在免疫治疗相关方向，而在基因药物靶点方向尚无显著进展。
为了明确POSTN与KDR/PI3K/AKT在OS增殖和转移方面的机制，本研究将采用real-time PCR、Western blotting和免疫组化等方法检测POSTN在OS细胞和组织中的表达差异，从OS患者、OS细胞株及动物实验证实POSTN高表达。通过转染POSTN-shRNA质粒干扰POSTN基因表达，观察POSTN对OS细胞增殖，细胞侵袭和迁移的影响及KDR/PI3K/AKT信号通路在POSTN基因影响OS增殖和转移中的作用。利用GEO数据库筛选出原位OS以及肺转移数据集 GSE85537 和 GSE37552 ，string构建交集基因的PPI蛋白网络，Degree算法挑选出与周围基因相关性最强的前7个基因，POSTN基因位列第一，GEPIA分析显示POSTN在262例肉瘤中高表达且与患者较差预后密切相关。本研究通过生物信息学分析方法筛选鉴定出OS的潜在基因，通过分子生物学方法从细胞水平和在体动物实验水平证实POSTN对OS增殖和转移的作用，为OS肺转移早期诊断和治疗寻找新的生物标志物和治疗靶点。
综上，经过相关实验，POSTN在人OS和OS细胞系中呈高表达，沉默POSTN可抑制OS的增殖及侵袭转移能力。人OS组织中和MMP-1、MMP-3和MMP-13的表达明显升高，提示可能与OS转移相关。POSTN和KDR在OS中均呈现高表达水平且呈正相关，提示POSTN与KDR的高表达可能与骨肉瘤血管生成有关。敲减POSTN基因抑制OS内皮细胞黏附分子的表达，抑制血管生成。敲减POSTN可抑制骨肉瘤小鼠移植瘤生长和抑制PI3K/AKT信号通路蛋白表达,抑制血管生成。敲减POSTN后经小动物活体成像发现小鼠瘤体血管生成减少，证实沉默POSTN的抑制血管生成作用。POSTN有望作为预测OS患者肺转移和预后典型的生物标志物，并作为治疗靶点为临床治疗提供新的方案。
