完成单位：基础部
完 成 人：药立波 邓艳春 张 健 李福洋 刘新平 张 璟 王立峰
刘 娜 胡晓兰 韩 苇
获奖时间：2007年陕西省科学技术一等奖
项目简介：
肿瘤目前已成为严重影响人类健康的罪魁祸首，而肿瘤的发生发展与细胞的增殖、分化与凋亡等生命过程密切相关。细胞增殖分化的调控机制涉及众多基因的表达变化和信号传导通路，任何一个环节失调都有可能导致疾病的发生，任何一方失控都能导致机体功能障碍和疾病。肿瘤发生正是这一过程失控所引起的最主要疾病之一。
为了深入研究肿瘤、特别是神经胶质瘤的发生机制，我们于1999年利用基于PCR的削减杂交技术进行了神经胶质瘤与正常脑组织的基因表达差异研究，并发现了一个在神经胶质瘤中低表达的新基因NDRG2（GenBank登录号AF159092）。近几年的研究结果表明NDRG2为一抑癌候选基因，同时我们还对NDRG2的组织分布特点、调控机制进行了深入分析，主要结果有：①发现NDRG2在多种肿瘤组织中表达下降，为一正常组织与肿瘤组织间的差异表达基因；②NDRG2可以抑制肿瘤细胞的增殖，并促进细胞的凋亡；③阐明了Ndrg2蛋白在发育过程中的组织分布特点；④证实NDRG2为受Myc下调的靶基因，并揭示了Myc抑制NDRG2基因表达的机制；⑤发现NDRG2基因属于细胞应激反应基因，并在应激条件下转位入核；⑥发现了一个Ndrg2相互作用分子MSP58，并证实Ndrg2参与了MSP58对细胞周期的调控。这些研究结果初步阐明了抑癌候选基因NDRG2的作用模式及其机制，为深入认识肿瘤的发生发展过程提供了依据，也将有助于发现新的控制肿瘤细胞恶性行为的线索。
本项目研究工作受到国家杰出青年科学基金（39825113）、国家自然科学基金（30070773、30171044、30570676、30370315）和国家“973”计划（2002CB513007）的资助。近年来共发表相关研究论文32篇，其中在国际杂志发表相关研究领域论文4篇，包括一篇发表于生物化学与分子生物学领域的国际主流杂志Journal of Biological Chemistry（影响因子5.85）；发表SCI收录的国内期刊5篇，共被引用30次。其中发表于Int. J Cancer的关于NDRG2的发现及其抑制胶质瘤细胞增殖的论文被引用19次。引用的杂志包括Journal of Biological Chemistry、Cancer Research（影响因子7.6）、Oncogene（影响因子6.8）等权威期刊。共培养博士研究生9名，硕士研究生5名。
众所周知，肿瘤是人类健康的最大威胁。全世界每年的患病人数超过1 000万，死亡人数超过700万；在我国，肿瘤同样是最主要的致死疾病，消耗大量的医疗资源，2006年死亡人数已达到300万。因此，在最近的数十年间，随着传染病得到控制，肿瘤成为生物医学领域的研究重点。肿瘤是一类高异质性的复杂疾病，需要众多科学家从多个角度、多个层次进行研究方可能得以攻克。
本项目从Myc 是一个细胞增殖、分化与凋亡的关键调节分子的现象出发。 目前已知许多分子和通路控制细胞的增殖、分化与凋亡。在这些分子中，Myc 是一个开关分子，有人称为stratege controller。高水平的Myc 促使细胞进入增殖, 而细胞的分化则伴随着Myc的基因下调，近年来，又发现Myc 参与DNA损伤或营养缺乏诱导的细胞凋亡过程，提示Myc在细胞应激反应中的重要作用。我们的研究正是发现了一个受Myc调控的基因，并在其与细胞分化、增殖及凋亡等功能的研究方面有所进展。我们在研究神经胶质瘤时发现了一个Myc的靶基因，属于NDRG基因家族，我们将其命名为NDRG2。我们在2003年首先报告了神经胶质瘤中Ndrg2基因的表达下调，此后又陆续分析了神经胶质瘤、乳腺癌、结肠癌和肝癌组织中Ndrg2的表达状态，发现大部分肿瘤组织都有Ndrg2水平降低，且与肿瘤的恶性程度相关。我们制备了针对Ndrg2的单克隆抗体，系统分析了其表达产物的组织分布，发现Ndrg2主要存在于分化程度高、增殖不活跃的组织和细胞中。在Ndrg2表达降低的肿瘤细胞中导入Ndrg2基因，可以明显抑制肿瘤细胞在体外的增殖速度和在裸鼠体内的成瘤能力。上述研究表明Ndrg2具备了抑癌基因的基本特征。作为一个抑癌基因，又是Myc的靶基因，Ndrg2是否参与细胞应激反应的调节是认识其功能的重要线索。我们证明了Ndrg2基因的表达受到N-myc和c-Myc的抑制，这种抑制作用通过Ndrg2基因的核心启动子区实现，Myc分子可以与Ndrg2基因的核心启动子区形成复合物，进一步的研究表明，Myc对Ndrg2的抑制作用需要另外一种转录因子Miz-1的存在，同时还部分依赖于组蛋白去乙酰化酶活性。我们首先观察到Ndrg2参与低氧应激反应。低氧培养可以在mRNA和蛋白水平上调Ndrg2基因的表达，这种诱导作用与其启动子中的低氧诱导因子Hif-1a的结合元件有关，受到Hif-1a的控制。NDRG2的表达变化影响低氧应激细胞的功能，Ndrg2基因沉默后，在低氧培养状态下细胞凋亡能力下降，细胞数目较多。此外，我们还注意到，Ndrg2影响低氧模拟物NiCl2引起的细胞周期改变，下调Ndrg2导致S期细胞的增加，上调Ndrg2则增加G2/M期细胞比例。另外，在低氧状态下，Ndrg2蛋白发生了向细胞核内的移位,。我们还注意到Ndrg2与其相互作用蛋白MSP58的核内共定位仅出现在应激条件下。我们用酵母双杂交系统筛选到1个Ndrg2相互作用分子MCRS2，并在细胞内外证明了两者的物理结合。在观察它们在细胞内的共定位时，我们发现在细胞未受到DNA损伤刺激时，Ndrg2定位于细胞质而MCRS2定位于细胞核。当用丝裂霉素C在肝癌细胞HHCC模拟DNA损伤刺激10小时后，Ndrg2与MCRS2出现在细胞核中的共定位。我们在最近还获得了Ndrg2参与DNA损伤应激的证据。我们发现，阿霉素等DNA损伤药物可以上调NDRG2基因的表达，这种上调作用依赖于细胞中存在正常的p53基因。我们发现在NDRG2的第一个内含子区中有p53的结合位点，且获得了p53结合于该区域并上调NDRG2基因表达的实验证据，Ndrg2在DNA损伤时依赖于p53的含量变化有着其特殊的生物学意义，我们发现在Ndrg2下调的细胞中，p53诱导的细胞凋亡明显减少，阿霉素诱导的细胞凋亡也得到一定程度的抑制。
综上所述，我们已经发现了一个新的抑癌基因Ndrg2。自从发现Ndrg2以后，我们在其结构与功能研究方面已经取得了以下一些进展：我们发现它是一个肿瘤组织与正常组织的差异表达基因，在这一方面，我们自己积累了一些数据，发表了6篇论文，2005年以后，国际上其他研究组也相继在肝癌、黑色素瘤、结肠癌等证明了这一发现，并发表了数篇论文。我们发现NDRG2基因过表达可以抑制肿瘤细胞增殖，首次提供了NDRG2作为Myc靶基因的证据并研究了调控机制，对Ndrg2的组织分布进行了系统研究，发现了一个Ndrg2的相互作用分子MSP58，发现NDRG2参与细胞应激调节。研究表明该基因是Myc和p53的下游靶基因，且参与细胞应激反应，尤其是细胞应激相关细胞凋亡的调节。我们在Ndrg2研究课题上已发表了32篇论文，其中SCI收录9篇，包括作为肿瘤差异基因的Int. J Cancer和关于作为Myc靶基因及其调控机制的J Biol Chem文章等。上述论文发表后，受到了国际上同领域研究人员的关注，已被他人引用30次。2003年以来，PubMed共计收录NDRG2论文23篇，本课题组8篇，其余15篇均引用了本课题组发表的论文。由于我们在Ndrg2领域的研究特色，我们应邀为欧洲生物学网站编写了Ndrg2的信息，在数次会议上作过报告，并应邀为部分期刊审阅了Ndrg2的稿件。相关研究还申请了3项发明专利，其中 Ndrg2的基因及其在肿瘤中的意义获得了发明专利授权。
第一完成人简介：
药立波，第四军医大学基础部生物化学与分子生物学教研室主任，教授、博士生导师。先后在日、美留学及合作研究6年。现任中国生物化学与分子生物学学会常务理事、陕西省生物化学与分子生物学学会理事长、全军生物化学与分子生物学学会副主任委员。1998年获得国家杰出青年科学基金资助，2001年获得“求是青年学者奖”。主要从事疾病相关信号转导机理的研究，在国际上首先发现了新的抑癌候选基因Ndrg2；提出了胶原-DDR2-MMPs环路在类风湿性关节炎晚期滑膜细胞增生和软骨破坏过程中可能具有重要影响。已在SCI收录期刊发表研究论文60余篇，主编和副主编全国医学院校规划教材7部。获军队科技进步一等奖1项，国家教学成果二等奖1项，军队教学成果一等奖1项，陕西省科学技术一等奖1项。
