背景胰腺癌恶性程度极高,据统计,患者死亡率在恶性肿瘤中位列第4位。由于胰腺癌起病隐匿,发展十分迅速,绝大多数患者在初诊时就已出现病灶的局部浸润和器官远处转移,这是胰腺癌高死亡率的主要因素之一。因此,研究胰腺癌进展过程中的分子机制,对于理解胰腺癌致病机理以及提高胰腺癌诊治等方面具有指导意义。长链非编码RNA(Long non-coding RNAs,LncRNAs)是一类长度大于200nt的多聚腺苷酸RNA,具有组织和疾病特异性,序列保守性高。近年来发现,在胰腺癌中,存在着大量表达失衡的LncRNAs。由于LncRNAs广泛被转录,仍然有大量的LncRNAs功能未被注释,其在肿瘤中扮演的角色尚不清楚。因此,挖掘胰腺癌相关的LncRNAs并阐明其在肿瘤进展中的作用机制,成为了当前胰腺癌研究的热点之一。鉴于此,我们首先采用高通量基因芯片技术筛选、检测了胰腺癌中差异基因的表达情况。结果提示:与正常胰腺相比,胰腺癌组织中LncRNA RUNX1-IT1的表达明显上调。经数据库(NCBI)检索发现:RUNX1-IT1长度约为1502bp,定位于人类21号染色体。RUNX1-IT1于2017年在卵巢癌中报道,此研究发现RUNX1-IT1可以作为判别卵巢癌患者预后的标志物之一,高表达的卵巢癌患者无瘤生存时间更短,其肿瘤复发风险亦相对较高。近期有研究报道RUNX1-IT1在肝癌和结直肠癌的表达下调,细胞功能实验表明RUNX1-IT1可以影响肿瘤细胞的增殖和迁移,并诱导凋亡。总的来说,目前RUNX1-IT1在肿瘤中的研究并不多,更深层次的调控机制未见报道,其在胰腺癌中的表达意义和作用机制尚不清楚。因此我们拟通过临床检测及分析,体内外功能实验,下游靶点的高通量测序及转录调控等多层次对RUNX1-IT1进行解析,以明确RUNX1-IT1在胰腺癌的作用及机制。RUNX-IT1是从邻近基因RUNX1的内含子中转录出来的LncRNA,研究表明LncRNAs可通过调控邻近基因的表达从而发挥生物学效应。RUNX1是血液系统中的重要转录因子,其异常表达与造血功能异常和髓系白血病密切相关。近年来研究发现RUNX1在实体瘤中异常表达,可通过抑癌或促癌作用,双向调节恶性肿瘤的进程。因此我们推测,LncRNA RUNX1-IT1在胰腺癌中会不会通过作用于邻近基因RUNX1从而发挥生物学效应呢?综上所述,本研究主要集中在RUNX1-IT1是否能通过影响RUNX1的表达和功能从而促进胰腺癌的增殖和侵袭转移等过程。结合临床样本,分析RUNX1-IT1及邻近基因RUNX1在胰腺癌临床预后中的作用。另外,鉴于二者的表达相关性,通过高通量筛选并阐明二者的共同下游靶点也是本课题的重点内容。最后,基于我们的临床分析和机制研究,有望阐明RUNX1-IT1促进胰腺癌进展的作用机制,为胰腺癌诊治提供新靶点。目的1.明确RUNX-IT1及RUNX1在胰腺癌的表达及意义,评价RUNX1-IT1及RUNX1是否可作为胰腺癌独立预后评价指标。2.在细胞水平明确RUNX1-IT1的细胞表型以及是否经RUNX1发挥生物学效应。同时构建裸鼠胰腺原位移植瘤模型,并在动物水平上验证RUNX1-IT1/RUNX1信号轴对胰腺癌侵袭转移的影响。3.阐明RUNX1-IT1影响胰腺癌进展的下游调控网络和关键分子机制。主要包括两个方面:RUNX1-IT1上调RUNX1表达的分子机制研究;RUNX1-IT1/RUNX1共同调控下游靶点C-FOS的分子机制研究。方法1.采用高通量基因芯片(Affymetrix HTA2.0 Array)筛选技术检测了胰腺癌中差异基因的表达情况。联合GEO数据库集(GSE15471,GSE16515),共同筛选出胰腺癌差异表达的关键分子RUNX1-IT1。通过采用荧光定量PCR(q PCR)和组织免疫原位杂交(ISH)等技术验证RUNX1-IT1在胰腺癌临床多中心样本中的表达情况。2.根据原位杂交的评分结果把胰腺癌患者分为RUNX1-IT1高低表达两组,统计两组病例间在病理分化、临床分期及患者预后等临床资料的差异,通过单因素和多因素分析评估RUNX1-IT1是否可作为胰腺癌患者的独立预后危险因素。3.在细胞水平探究RUNX1-IT1的生物学功能。首先,采用q PCR检测RUNX1-IT1在胰腺癌细胞中的表达水平,选择表达水平较高的细胞系进行基因沉默实验。在胰腺癌细胞中转染RUNX1-IT1 silencer下调其表达,并采用CCK8,Ed U,细胞划痕,Transwell等方法检测RUNX1-IT1在细胞增殖以及侵袭迁移等方面的作用,明确RUNX1-IT1的细胞表型。4.在体内水平检测RUNX1-IT1介导的原位肝转移能力。通过在裸鼠胰腺上接种RUNX1-IT1沉默的PANC-1稳转株细胞,构建胰腺原位移植瘤模型,并通过小动物核磁共振技术和HE染色明确胰腺癌最常见的腹腔肝转移情况和转移灶的病理特征。5.明确RUNX1-IT1经RUNX1发挥生物学功能。首先,通过免疫组化(IHC)检测RUNX1在胰腺癌临床多中心样本的表达情况,统计分析RUNX1的表达在患者临床资料中的意义。进一步通过相关性分析和亚组生存分析明确RUNX1-IT1和RUNX1在胰腺癌临床样本中的表达关联和预后价值。其次,通过q PCR,western blot,双荧光报告基因(reporter gene),染色质免疫共沉淀(Ch IP)等技术明确RUNX1-IT1上调RUNX1的分子机制。最后,通过构建RUNX1-IT1和RUNX1相关的慢病毒稳转细胞系,在体内外水平明确RUNX1-IT1是否经RUNX1发挥生物学效应。6.探究RUNX1-IT1与RUNX1的共同下游靶点。首先,通过RNA结合蛋白的免疫共沉淀实验(RIP)明确RUNX1-IT1和RUNX1在体内的表达结合情况;其次,通过RNA-seq以及GSEA分析筛选RUNX1-IT1和RUNX1共同下游靶点,进一步采取q PCR,western blot以及细胞功能实验明确二者是否能够通过共同靶点C-FOS影响胰腺癌增殖及侵袭迁移。最后,采取免疫组化实验明确RUNX1-IT1/RUNX1/C-FOS信号轴在胰腺癌临床样本中的表达情况。7.明确RUNX1-IT1介导的RUNX1调控下游靶点C-FOS的分子机制。通过构建报告基因和CHIP等实验,阐明RUNX1-IT1通过结合RUNX1从而促进其对C-FOS启动子转录激活的调控机制。结果1.RUNX1-IT1在胰腺癌组织中高表达。通过分析多个中心的胰腺癌表达微阵列(GEO:GSE132956,GSE16515和GSE15471,前2000个差异基因),联合筛选出胰腺癌中40个上调和23个下调的差异分子。在本课题中,我们集中分析了40个上调分子,因为它们更具有用作早期诊断标记或干预靶点的潜力。通过基因注释,发现RUNX1-IT1是上调基因中唯一的LncRNA,其它均为蛋白编码基因。采用在线编码评估工具进一步核实RUNX1-IT1的编码潜力,结果显示RUNX1-IT1缺乏蛋白质编码能力(编码概率能力:0.17;结果小于0.364为非编码序列;http://lilab.research.bcm.edu/cpat/)。接下来,q PCR结果表明:相对于癌旁组织,RUNX1-IT1在胰腺癌的表达量显著上调;采用免疫原位杂交实验检测了RUNX1-IT1在3个临床中心的175个胰腺癌和13个胰腺样本中的表达情况,统计发现RUNX1-IT1在胰腺癌临床多中心组织样本中显著高表达,此结果与RUNX1-IT1在基因芯片中观察的结果一致。2.RUNX1-IT1在胰腺癌中高表达与患者临床病理资料密切相关,是影响患者生存的独立危险因素。RUNX1-IT1的组织原位杂交统计分析显示,RUNX1-IT1表达水平与胰腺癌的肿瘤分化程度(P=0.005)、淋巴结浸润程度(P=0.001)和临床分期(P=0.007)呈正相关。生存分析发现高表达RUNX1-IT1组与胰腺癌总体生存率下降密切相关(P<0.001)。此外,单因素分析表明,低分化(P=0.015),淋巴结转移(P=0.002),临床高分期(P=0.002)和RUNX1-IT1高表达(P<0.001)增加了癌症相关的死亡风险。进一步的多因素分析表明,RUNX1-IT1是胰腺癌预后的独立危险因素(P<0.001)。综上提示RUNX1-IT1可能在胰腺癌临床进展中起着重要作用,具有一定的临床价值。3.下调RUNX1-IT1的表达可抑制胰腺癌的增殖和侵袭转移能力。CCK8和Ed U等细胞增殖实验发现,相对正常组,敲低RUNX1-IT1组的胰腺癌细胞活性下降,细胞增殖能力减弱;细胞划痕和Transwell侵袭迁移实验发现敲低RUNX1-IT1组的胰腺癌细胞的迁移和侵袭能力均减弱。裸鼠胰腺原位移植瘤模型表明,在敲低RUNX1-IT1的动物组中,裸鼠肝脏表面上的转移灶数目显著减少,胰腺癌细胞的原位肝转移能力下降。这些数据提示RUNX1-IT1在体内外影响胰腺癌的增殖和侵袭迁移过程。4.RUNX1在胰腺癌中高表达并影响胰腺癌的进展。首先,免疫组化实验表明RUNX1在胰腺癌中高表达,并且与临床患者的临床分期,肿瘤大小,淋巴转移等指标密切相关(P<0.05),多因素分析发现RUNX1可作为胰腺癌患者预后的独立危险因素(P=0.001)。细胞功能实验表明,下调RUNX1的表达后,胰腺癌细胞的增殖和侵袭迁移能力显著下降。胰腺原位移植瘤模型实验表明,在RUNX1敲低组,裸鼠肝脏表面上的微转移灶数目减少,胰腺癌细胞的原位肝转移能力下降。这些数据提示RUNX1在胰腺癌组织中高表达,并且下调其表达可以抑制胰腺癌细胞的增殖和侵袭迁移过程。5.RUNX1-IT1通过正向调控RUNX1的表达发挥生物学功能。首先,通过相关性分析发现,胰腺癌组织中RUNX1-IT1与RUNX1 m RNA表达具有正相关。基于RUNX1-IT1原位杂交和RUNX1免疫组化的数据,进行亚组分析发现,RUNX1-IT1与RUNX1均为高表达组别的患者预后最差(P<0.001)。其次,在细胞水平沉默RUNX1-IT1后发现RUNX1的m RNA和蛋白表达均下调,提示RUNX1-IT1对于RUNX1可能具有表达调控关系。通过构建RUNX1启动子报告基因,并共转染RUNX1-IT1的过表达或者干扰载体,发现RUNX1启动子的荧光强度发生相应的上调或下调,提示RUNX1-IT1可以在转录水平对RUNX1启动子进行正向调控。CHIP实验发现,RUNX1启动子区域存在H3K27Ac的修饰,并且改变RUNX1-IT1的表达可以影响RUNX1启动子区域的H3K27Ac修饰水平。最后,体外功能回复实验发现,过表达RUNX1-IT1可以促进胰腺癌的增殖和侵袭迁移,下调RUNX1的表达后,RUNX1-IT1介导的促癌效应减弱;胰腺原位移植瘤结果同样发现在过表达RUNX1-IT1的细胞中,下调RUNX1的表达可以削弱RUNX1-IT1诱导的原位肝转移,提示RUNX1-IT1可通过RUNX1发挥促癌的生物学效应。6.明确C-FOS是RUNX1-IT1与RUNX1的共同下游靶点。基于RUNX1-IT1和RUNX1在胰腺癌中的表达和功能一致性,我们拟研究二者是否共同参与下游基因的调控。首先,RIP实验发现RUNX1-IT1与RUNX1在胰腺癌细胞中呈现相互结合的状态,由此提示二者可能发挥类似的分子调控功能,作用于相同靶点。在下调RUNX1-IT1或者RUNX1后,分别行测序筛选下游靶点。通路富集分析(KEGG and GSEA)提示,RUNX1-IT1与RUNX1在胰腺癌中都参与了TNF信号通路的调节,通过二者共同的差异基因筛选发现C-FOS基因富集于TNF信号通路,且与RUNX1-IT1和RUNX1表达具有显著的相关性,并且q PCR和western blot结果证实RUNX1-IT1和RUNX1可以影响C-FOS的表达。接下来,采取细胞功能回复实验,发现敲低C-FOS的表达可以削弱RUNX1-IT1和RUNX1介导的促细胞增殖及侵袭迁移能力。为了进一步评估RUNX1-IT1和RUNX1表达与C-FOS信号通路之间的关系,我们在胰腺癌组织中进行了免疫组化检测,结果显示RUNX1-IT1、RUNX1、C-FOS及下游分子MMP9和CCND1在胰腺癌临床多中心的组织样本中具有显著的表达相关性。这些数据提示RUNX1-IT1和RUNX1可能互相作用并参与到下游靶标分子C-FOS的调控,从而进一步影响胰腺癌细胞的增殖和侵袭迁移等生物学过程。7.RUNX1-IT1通过结合并促进RUNX1对C-FOS基因的转录激活。首先,通过生物信息学分析预测了转录因子RUNX1在C-FOS启动子中的结合位点,发现RUNX1与C-FOS启动子可能存在4个潜在结合位点。构建C-FOS启动子的野生型和突变型载体,进行报告基因检测。发现与对照组相比,在敲低RUNX1组中C-FOS野生型的启动子荧光素酶活性明显下降,而在RUNX1过表达组则呈现相反的模式。RUNX1-IT1沉默和过表达组也有类似的结果。同时,突变载体的报告基因和Ch IP-PCR实验发现RUNX1可以影响C-FOS启动子3个位点的转录活性。为了验证RUNX1与C-FOS启动子位点的结合是否需要RUNX1-IT1,我们再次进行了双荧光素酶报告基因实验,结果发现在过表达RUNX1的组别中,下调RUNX1-IT1的表达,C-FOS启动子的活性明显减弱,表明敲低RUNX1-IT1的表达削弱了RUNX1介导的C-FOS启动子活性调控。并且Ch IP-PCR结果显示,敲低RUNX1-IT1降低了C-FOS启动子3个位点区域的RUNX1富集。这些结果表明RUNX1-IT1通过影响RUNX1与C-FOS启动子的富集调控C-FOS基因的转录。此外,基于上述结果促使我们想探究RUNX1-IT1是否可以作为独立的调控RNA,直接结合到C-FOS启动子位点上。采用Ch IRP实验,一种探测RNA与DNA相互作用的技术,我们分离出RUNX1-IT1结合的染色质DNA片段,并通过q PCR分析发现RUNX1-IT1与C-FOS启动子位点的直接结合率较低,表明RUNX1-IT1不能直接和C-FOS基因的启动子结合,需要通过与RUNX1作用从而发挥对C-FOS基因的转录调控。这一发现证实了RUNX1-IT1可能是RUNX1的转录协调因子。结论RUNX1-IT1在胰腺癌中可发挥促癌作用,参与调控胰腺癌的增殖,侵袭和转移过程。RUNX1-IT1和RUNX1可作为评估胰腺癌预后的独立危险因素,此发现可能对胰腺癌的临床预后判别具有一定的指导意义。在分子机制方面,RUNX1-IT1通过上调RUNX1的表达以及促进RUNX1对C-FOS基因启动子的富集,影响胰腺癌下游基因的表达和促进胰腺癌的进展。最后,新发现的RUNX1-IT1/RUNX1/C-FOS信号轴可能为阐明胰腺癌的作用机理和临床诊治方面提供理论依据和潜在的治疗靶点。