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背景及目的:在过去的几十年中,肺癌一直是世界上最常见的恶性肿瘤之一,在中国其发病率和死亡率均呈现出快速增长的趋势。肺癌分为小细胞肺癌(Small Cell Lung Cancer,SCLC)和非小细胞肺癌(Non-Small Cell Lung Cancer,NSCLC),其中,NSCLC起源于支气管粘膜上皮,最为常见,约占肺癌患者的85%。肺癌发病隐匿,恶性程度高,大多数肺癌患者就诊时已是晚期。目前肺癌患者总体的5年生存率仍然低于20%,因此,有必要继续深入研究并探索与肺癌发生发展相关的分子靶点及其作用机制。线粒体是一种具有高度动态结构的细胞器,线粒体融合与分裂的动态变化精细调控了细胞的钙稳态、ATP产能和ROS生成等。线粒体融合与分裂的动态过程主要由一些大GTPases蛋白参与并严格调控,如参与调节线粒体内外膜融合的OPA1和MFN1/2以及参与调节线粒体分裂的DRP1及其受体蛋白Fis1、MFF、MiD49/51等。近年来,越来越多的证据表明,线粒体结构和功能异常与肺癌的发生发展密切相关,靶向调控线粒体动态平衡可以改变线粒体代谢及其胞内分布,从而达到肿瘤细胞治疗的目的。AIM2是干扰素诱导的HIN-200蛋白家族中的一员,是固有免疫系统的重要分子,引起炎症因子IL-1β和IL-18的成熟和分泌;另外也可以诱导细胞焦亡(Pyroptosis)。除此之外,AIM2同样参与调控多种肿瘤的发生与发展,并表现出抑癌和促癌的双重作用。AIM2的免疫功能中已被人们熟知,但其在肿瘤中的作用机制仍然不明确,本研究中,旨在探索AIM2表达调控线粒体动态平衡进而促进NSCLC发生发展的作用及分子机制,为肺癌治疗提供新思路。方法与结果:一、AIM2通过炎症非依赖途径促进NSCLC细胞体内外生长增殖1.通过Oncomine、TCGA数据库分析得知,AIM2在NSCLC患者的组织样本中是高表达的;细胞层面上通过q-PCR和免疫印迹(WB)检测AIM2在NSCLC细胞中相对于肺正常细胞是高表达的;Kaplan-Meier分析显示AIM2的表达与肺癌病人存活呈负相关。2.体外通过细胞计数、克隆形成和软琼脂实验,将AIM2敲减或过表达,抑制或促进了 NSCLC细胞增殖;体内通过小鼠肿瘤体积、肿瘤重量的测量以及免疫组化(IHC)中Ki-67阳性率,表明AIM2敲减抑制小鼠肿瘤生长增殖。3.NSCLC细胞中敲减AIM2后,通过q-PCR、上清蛋白提取和小鼠肿瘤组织WB、caspase-1的抑制剂的细胞计数和WB,表明IL-1β和caspase-1没有参与NSCLC细胞生长;敲减AIM2,NF-κB信号通路相关蛋白也没有发生变化。二、AIM2通过MFN2调控线粒体动态平衡进而促进NSCLC细胞生长增殖1.通过k-NN软件预测、细胞组分分离和免疫荧光技术方法,表明AIM2定位于线粒体外膜。2.在pDsRed2-Mito稳转NSCLC细胞中敲减或过表达AIM2,于激光共聚焦显微镜下观察统计,线粒体更多为线网状或粒状存在。敲减AIM2后,WB检测显示线粒体融合相关蛋白MFN2显著表达上调;而外源过表达AIM2后,MFN2的表达则显著下调。在AIM2敲减的小鼠异源肿瘤组织中,WB和IHC检测也显示MFN2表达显著上调。3.在NSCLC细胞中敲减或过表达MFN2、DRP1,通过激光共聚焦显微镜观察分析线粒体形态、细胞计数和克隆形成实验,证明线粒体动态平衡调控NSCLC细胞增殖。三、AIM2通过MFN2调控线粒体动态平衡,调节ROS产生,进而激活MAPK/ERK信号通路,导致NSCLC细胞生长增殖。1.蛋白质激酶芯片结果表明:AIM2敲减后,MAPK信号通路中ERK1/2等磷酸化下调;细胞和小鼠肿瘤组织WB结果也证实ERK1/2活性受抑制。2.在NSCLC细胞中敲减或过表达MFN2、DRP1,WB检测p-ERK1/2变化,结果表明线粒体动态平衡可以调控MAPK/ERK活性。3.将MFN2敲减或过表达,ROS水平上调或下调。NAC或H2O2处理AIM2敲减的NSCLC细胞,p-ERK1/2活性下调增强或部分恢复,而MFN2表达不受影响,表明线粒体动态变化,调节ROS产生,进而调控MAPK/ERK信号通路活性。结论及意义:本课题从分子、细胞、小鼠模型及肿瘤患者组织样本水平上,深入探索AIM2调控线粒体动态平衡进而促进NSCLC发生发展的作用及分子机制:AIM2通过MFN2调控线粒体动态平衡,调节细胞ROS产生,进而激活MAPK/ERK信号通路,导致NSCLC细胞生长增殖。本课题的完成,有助于揭示AIM2在肿瘤发生发展中的新功能和新作用,阐明NSCLC细胞中线粒体动态失衡的分子机制,为NSCLC发生发展的机制研究及肺癌治疗提供新思路。