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肺癌是对人类生命健康威胁最大的恶性肿瘤之一。肺腺癌是最常见的肺癌类型,其特征在于腺样结构的形成和/或大量黏液的产生。大规模高通量测序已鉴定出肺腺癌的部分潜在驱动基因,并且测序数据显示肺腺癌与其他肺癌亚型基因组间存在显著差异。目前,几种针对肺腺癌驱动基因的分子靶向药物已投入临床试验以评估其功效。然而,针对驱动基因阴性病例的靶向治疗仍进展缓慢。因此,迫切需要发现更多对肺腺癌早期诊断及预后有意义的新生物标记(癌基因/抑癌基因),研究并阐明其作用机制以推动肺腺癌靶向治疗的进一步发展。大量研究证实,转录因子PR domain containing 16(PRDM16)是调控棕色和米色脂肪分化过程的关键作用因子。然而,关于PRDM16在肿瘤生物学中的研究还十分有限。我们发现PRDM16在肺腺癌及肺鳞癌组织中均低表达,但其表达水平仅与肺腺癌患者预后相关。体内及体外实验结果显示,PRDM16不影响肺腺癌细胞增殖,但可明显抑制其侵袭转移能力。进一步探究其作用机制发现:PRDM16可通过抑制其靶基因粘蛋白-4(Mucin-4,MUC4)的转录进而抑制肺腺癌细胞上皮-间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)进程。敲除PRDM16的PR结构域(PR domain,PRD)会影响MUC4启动子区组蛋白的修饰作用,进而增加PRDM16对MUC4的转录抑制作用。综上所述,本研究证明了PRDM16是肺腺癌的转移抑制因子和潜在治疗靶点,同时揭示了表观遗传学作用调控基因转录进而影响肺腺癌进展的重要机制。目的:分析PRDM16在肺癌组织中的表达情况及其与肺癌患者预后、临床病理特征之间的关系,探讨PRDM16在肺癌增殖和转移中的作用及其分子机制。研究方法:利用肿瘤基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)等数据库及临床术后样本综合分析PRDM16在肺腺癌及肺鳞癌组织中的表达情况,及其与患者临床病理因素、预后之间的关系;通过细胞增殖实验、克隆形成实验、基质胶侵袭实验及划痕实验从细胞水平探讨PRDM16对肺腺癌细胞增殖与侵袭的影响;通过蛋白电泳、免疫荧光及PCR技术从分子水平探讨PRDM16对肺腺癌细胞增殖与侵袭的影响;体内条件下,利用裸鼠皮下成瘤模型及尾静脉转移模型探讨PRDM16对肺腺癌细胞增殖与侵袭的影响;通过染色质免疫沉淀及高通量测序技术寻找PRDM16的下游靶基因,同时结合PCR及荧光素酶报告基因实验予以验证;利用基质胶侵袭实验、划痕实验及蛋白电泳技术分别从细胞及分子水平探讨PRDM16靶基因对肺腺癌细胞侵袭能力的影响;通过染色质免疫沉淀及PCR技术确定PRDM16在其靶基因启动子区上的结合位点,同时利用PRDM16缺失突变体探究PRDM16对其靶基因发挥转录调控作用的关键结构域,以进一步探讨PRDM16抑制肺腺癌转移的可能机制。结果:1、PRDM16在肺腺癌及肺鳞癌组织中的表达水平均低于正常肺组织,但其仅与肺腺癌患者的不良预后相关。PRDM16在肺腺癌组织中的低表达与其基因高甲基化有关,且PRDM16低表达的肺腺癌患者呈现出高TNM分期及淋巴结转移状态。2、在H1299等细胞中过表达PRDM16,可显著抑制肿瘤细胞的迁移侵袭能力,干扰PRDM16则结果相反,但其对肿瘤细胞的增殖能力无明显影响。3、在H1299等细胞中过表达PRDM16,可显著上调肿瘤细胞上皮标志物的表达,干扰PRDM16则结果相反,但其对细胞周期及增殖相关分子无明显作用。4、裸鼠皮下成瘤实验中,PRDM16高表达组与对照组相比肿瘤体积及重量无明显差异,但苏木素-伊红染色(hematoxylin-eosin staining,HE)结果显示PRDM16高表达组肿瘤组织中结节数较少,肿瘤细胞与正常细胞界限清晰,而对照组肿瘤组织则呈现多结节浸润性生长;尾静脉转移模型中,PRDM16高表达组动物肺部无肿瘤转移,而对照组动物肺部则存在数目不等的转移灶。5、经染色质免疫沉淀及高通量测序分析技术筛选出部分PRDM16可能的下游靶基因,通过PCR及荧光素酶报告基因等实验进一步探究发现PRDM16对MUC4存在转录抑制作用。MUC4在肺腺癌中高表达,且与患者不良预后相关。梯度过表达PRDM16时,MUC4的表达水平随之梯度降低,干扰PRDM16则结果相反。且临床术后肺腺癌组织样本及裸鼠皮下肿瘤组织样本中,PRDM16与MUC4表达水平也存在负相关关系。6、在H1299等细胞中干扰MUC4,可显著抑制肿瘤细胞EMT进程,降低肿瘤细胞迁移侵袭能力;过表达MUC4则结果相反;但过表达MUC4的同时也过表达PRDM16,则可有效挽回由单独过表达MUC4造成的肿瘤转移能力增强现象。7、PRDM16通过与MUC4启动子区的Region 1(-2500bp–-2189bp)和Region4(-1743bp–-1442bp)两个区域结合,进而发挥其转录抑制作用。而对于转录因子PRDM16而言,其CtBP-interacting domain(CID)和DNA-binding domain 2(DBD2)两个结构域在该过程中发挥了重要作用。值得注意的是,敲除PRDM16的PR结构域可导致MUC4启动子区H3K9me1和H3K9ac富集减少,进而增加其对MUC4的转录抑制作用。结论:1、PRDM16在肺腺癌组织中低表达,并与肺腺癌患者不良预后相关;2、PRDM16可以抑制肺腺癌细胞的迁移和侵袭能力;3、PRDM16通过抑制MUC4转录进而抑制肿瘤细胞EMT进程;PRDM16对MUC4的转录抑制作用主要依赖其CID和DBD2结构域;4、PRDM16-ΔPRD通过调控MUC4启动子区组蛋白修饰作用进而增加其转录抑制作用。