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背景:我国是肝癌的高发国家,其发病率和死亡率约占全球肝癌的50%,严重危及国人的生命健康。肝细胞癌（Hepatocellular carcinoma,HCC）是肝癌的主要形式,发病隐匿,治疗手段极为有限,除了肝移植,手术切除和放化疗之外,可选择的靶向治疗药物仅有索拉菲尼、瑞戈非尼等少数几种,且它们的疗效远未达到理想效果。因此,继续深入探索肝癌的分子发病机制,寻找新的治疗靶点,将为治疗肝癌提供更完善的理论基础和更广泛的防治策略。基因组不稳定是促使癌细胞存活、增殖和扩散的重要特征,它使得肿瘤加速获得了遗传多样性。在大多数的非遗传性癌症中,基因组不稳定主要由脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid,DNA）损伤所致。DNA双链断裂（Double-strand break,DSB）会导致大量遗传物质的丢失,被认为是最危险的DNA损伤类型,可通过非同源末端连接（Non-homologous end joining,NHEJ）途径、选择性非同源末端连接（Alternative end joining,a-EJ）途径、单链退火（Single-strand annealing,SSA）途径或同源重组（Homologous recombination,HR）途径进行修复,若不能及时正确地修复极易导致基因组不稳定,发生基因突变。表观遗传调控尤其是组蛋白修饰是DNA损伤修复的重要内容。由于表观遗传的可逆性变化,发生在核心组蛋白N末端尾巴不同位点的乙酰化是通过组蛋白乙酰化转移酶（Histone acetyltransferase,HAT）和组蛋白去乙酰化转移酶（Histone deacetylase,HDAC）动态调节的。HDAC3是I类HDAC家族的重要成员,被认为是DNA有效复制和损伤调控所必需。既往研究发现,在HDAC3肝脏特异性缺失的小鼠中可观察到DNA损伤的存在和肝癌自发形成,这使得我们推测:HDAC3可能导致DNA损伤后修复过程的异常。HDAC3在肝癌领域中的研究非常有限。为验证此假设,本课题将基于HDAC3沉默/过表达的肝癌细胞系和HDAC3LKO小鼠构建DSB模型,观察HDAC3在调控肝癌DSB后的修复情况,以此揭示HDAC3调控肝癌发生发展的新机制在维持基因组稳定性的重要作用,为临床靶向治疗肝癌提供新的理论依据和思路。方法:1.生物信息学分析癌症基因组图谱（The cancer genome atlas,TCGA）数据库中HDAC3在肝癌组织和正常肝脏组织中的差异表达;分析HDAC3表达与肝癌患者预后关系;分析HDAC3表达水平与基因组稳定性的相关性。2.HDAC3对肝癌增殖、转移以及对DNA损伤修复的影响:构建人肝癌细胞过表达和沉默HDAC3模型,通过CCK8和克隆形成实验观察HDAC3对增殖能力的影响;通过Transwell实验观察HDAC3对迁移能力的影响;通过Western blot及免疫荧光检测HDAC3对DNA损伤及修复通路的影响。肝细胞特异性敲除小鼠(HDAC3LKO)基因型鉴定并观察其HDAC3LKO小鼠生存曲线及成瘤情况。3.HDAC3调控DNA聚合酶θ（DNA Polymerase theta,POLQ或Polθ）介导的α-EJ通路修复HCC的DNA损伤:构建喜树碱（Camptothecin,CPT）诱导人肝癌细胞DNA损伤的DSB模型,观察沉默/过表达HDAC3对CPT诱导人肝癌细胞DNA损伤及DSB修复蛋白的影响。DEN诱导构建建立小鼠肝癌模型,观察HDAC3LKO小鼠经DEN诱导肝癌形成及生存曲线。生物信息学分析HDAC3和POLQ的相关性,分析POLQ表达与肝癌患者预后关系。Western blot和流式细胞术观察Poly（ADP-核糖）聚合酶1[Poly（ADP-ribose）polymerase 1,PARP1]抑制剂阻断POLQ对基因组稳定性及细胞凋亡的影响结果:1.生物信息学分析提示:高表达的HDAC3的肝癌患者（病理分期Ⅱ+Ⅲ期）生存期优于低表达患者（P<0.05）。与肝癌相关的主要突变基因LZTR1、RB1、KRAS、IL6ST、EEF1A1、GPATCH4、CREB3L3、AHCTF1和APOB在HDAC3高表达组的突变频率均低于HDAC3低表达组,并且以上突变基因未发生突变患者人群的无病/无进展生存期明显延长（P<0.05）。提示HDAC3可能通过调控基因突变频率来影响肝癌患者的预后。2.在肝细胞特异性敲除小鼠(HDAC3LKO)中我们观察到的自发成瘤现象,其生存曲线提示HDAC3LKO小鼠的生存率明显低于WT组小鼠。通过调控HDAC3在人肝癌细胞中的表达我们发现:沉默HDAC3促进肝癌细胞的增殖、迁移能力,并且观察到DNA损伤的存在,同时代表α-EJ修复通路的PARP1和POLQ的表达增强。3.通过二乙基亚硝胺（Diethylnitrosamine,DEN）诱导和CPT干预的化学方法建立了DNA损伤的体内外实验模型观察HDAC3对DNA损伤及修复的作用。HDAC3LKO小鼠经DEN诱导后3月大小即可成瘤,早于野生型（Wide type,WT）小鼠经DEN诱导成瘤。同时,HDAC3LKO+DEN组小鼠的生存率也低于其他各组小鼠。同样,在DNA损伤时细胞模型中,沉默HDAC3导致PARP1和POLQ的表达增强,激活了α-EJ修复通路。使用PARP1抑制剂增强沉默HDAC3对CPT的敏感性并促进凋亡。结论:本课题目前的结果揭示了沉默HDAC3导致POLQ表达上调,进而激活α-EJ修复途径,使α-EJ由“后备途径”变成了“必需途径”,这种修复方式选择的改变极大促进了基因组的不稳定。HDAC3在肝癌领域维持基因组稳定性的研究,有可能为当前HDAC抑制剂在肿瘤治疗中出现的瓶颈做出解释。同时,作为阻断POLQ的PARP1抑制剂已经超越了作为“合成致死”药物的研究范畴,目前在DNA修复等领域中的扮演着新的重要角色,它的未知惊喜等待着我们进一步去发现。