【導讀】展惡性腫瘤發生發展及侵襲轉移的表觀遺傳學研究。本項目的總體目標如下：闡。的分子調控網絡。支具有國際競爭力的研究團隊。子；發現針對轉移型乳腺癌、肺癌的新的有效治療靶點。博士后12名以上。的表觀遺傳機制，為乳腺癌和肺癌的預防、診斷、治療提供分子標志及藥物靶標。白的修飾狀況，探討DNA甲基化與組蛋白修飾的先后關系?；姆肿訖C制，進而揭示組蛋白修飾與DNA甲基化相互作用的分子機制。組合紊亂與腫瘤相關基因失活之間可能存在因果關系。本研究還將以多種器官的。正常組織和腫瘤組織為對象，了解正常組織細胞中PcG蛋白的正常組合關系，核小體定位和DNA甲基化發生的關系。將以功能基因組學和蛋白質組學的方法篩選乳腺癌和肺癌中發生突變。本課題將以乳腺癌細胞系、腫瘤組織、腫瘤啟動細胞為模型，利用自。采用球囊形成實驗、二維平皿及三維Matrigel培養以及免疫缺陷鼠體內
【正文】
項目名稱：惡性腫瘤發生、發展的細胞表觀遺傳機
制
首席科學家：尚永豐北京大學
起止年限：至
依托部門：教育部
二、預期目標
總體目標：
本項目瞄準表觀遺傳學研究的前沿，整合國內優秀研究人員，系統深入地開
展惡性腫瘤發生發展及侵襲轉移的表觀遺傳學研究。本項目的總體目標如下：闡
明表觀遺傳關鍵機制即DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA對基因表達調
控的影響；明確表觀遺傳調控在乳腺癌、肺癌發生發展及侵襲轉移中的作用；揭
示EMT過程中的表觀遺傳學變化及細胞重編程機制；闡明細胞微環境在腫瘤轉
移中的作用及機制；整合各種信息數據，描繪乳腺癌、肺癌發生發展及侵襲轉移
的分子調控網絡。通過本項目的實施，建立和完善表觀遺傳學研究的新的技術體
系，實現我國在生命科學及醫學研究領域的理論創新，為惡性腫瘤預警、診斷、
治療和藥物篩選提供新思路、新途徑和新靶標，發現幾個潛在的可以用于乳腺癌、
肺癌診斷的分子標志物及藥物治療的分子靶標，并在本項目的實施過程中建立一
支具有國際競爭力的研究團隊。
五年預期目標：
1、發現一批新的組蛋白修飾因子，探明組蛋白修飾與DNA甲基化之間相互作
用的分子機制，篩選一批腫瘤相關ncRNA，鑒定一批具有潛在臨床應用價值
的腫瘤診斷及治療的新的ncRNA分子靶標；鑒定一批新的EMT關鍵調控因
子；發現針對轉移型乳腺癌、肺癌的新的有效治療靶點。
2、建立一整套適應于惡性腫瘤表觀遺傳學研究的技術平臺和技術體系。
3、培養一批中青年學術帶頭人和學術骨干；培養研究生（含碩、博）50名以上、
博士后12名以上。
4、在國際一流雜志（IF10）發表論文8篇以上，在有影響力的雜志（IF5）上
發表論文25篇以上。
三、研究方案
本項目分為六個課題，將全面系統地研究乳腺癌和肺癌發生發展及侵襲轉移
的表觀遺傳機制，為乳腺癌和肺癌的預防、診斷、治療提供分子標志及藥物靶標。
前三課題分別從DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA三個不同角度，分析
腫瘤發生發展及侵襲轉移中表觀遺傳學改變，研究其相互之間的作用關系及分子
調控機理；第四課題將對腫瘤轉移過程中非常重要的現象即上皮－間質轉換的細
胞重編程機制進行探討；第五課題從腫瘤微環境的角度，探討腫瘤微環境中基質
細胞及細胞因子對腫瘤細胞生物學行為尤其是侵襲轉移的影響；第六課題整合所
有的信息，描繪乳腺癌和肺癌發生發展及侵襲轉移的分子調控網絡。
六個部分各有側重，又緊密銜接，團結合作，互相促進。
課題一：DNA甲基化變化在惡性腫瘤發生發展及侵襲轉移中的作用
本研究將篩選腫瘤細胞中高甲基化并失活的基因并分析其啟動子區域組蛋
白的修飾狀況，探討DNA甲基化與組蛋白修飾的先后關系。篩選出影響DNA
甲基化酶和DNA結合的關鍵性因子或蛋白；明確相關關鍵性因子或蛋白與DNA
甲基化酶及DNA結合蛋白作用的分子機制，進一步明確特定基因發生DNA甲
基化的分子機制，進而揭示組蛋白修飾與DNA甲基化相互作用的分子機制。另
外在腫瘤組織，CBX7等PcG蛋白的正常組合關系被破壞，并且這種PcG蛋白
組合紊亂與腫瘤相關基因失活之間可能存在因果關系。本研究還將以多種器官的
正常組織和腫瘤組織為對象，了解正常組織細胞中PcG蛋白的正常組合關系，
研究這種正常組合關系破壞與腫瘤發生的關系及其與腫瘤相關基因組蛋白修飾、
核小體定位和DNA甲基化發生的關系。表觀遺傳重編程不僅在體細胞去分化和
獲得多能“干性”方面發揮關鍵性作用，也是細胞癌變過程中獲得無限增殖和侵襲
/轉移能力的物質基礎。本研究將在開展腫瘤轉移相關DNA甲基化組學研究的基
礎上，篩選并鑒定出影響腫瘤細胞轉移能力的關鍵性DNA甲基化變化位點及其
網絡，了解其在癌細胞獲得轉移能力重編程過程中作用，建立預測惡性腫瘤轉移
能力的表觀遺傳分子分型體系?？傮w研究方案如下：
課題負責人：朱衛國，北京大學
學術骨干：鄧大君，北京大學
伍會健，大連理工大學生命科學與技術學院
課題二：組蛋白修飾異常在惡性腫瘤發生發展及侵襲轉移中的作用
本課題將常規方法和高通量技術相結合，從篩選乳腺癌和肺癌中新的組蛋白
修飾調控因子及其復合物出發，逐步揭示所獲得的候選基因對于組蛋白修飾的作
用和調控機理，并進一步闡明這些基因在調控腫瘤發生發展及侵襲轉移中的作用
及其機制。將以功能基因組學和蛋白質組學的方法篩選乳腺癌和肺癌中發生突變
或者表達異常的組蛋白修飾酶以及轉錄因子，同時針對MLL1等相關的甲基化
酶復合物組分，LSD1等去甲基化酶、EYA去磷酸化酶和磷酸化激酶、轉錄因子
Smad4和ER及其轉錄輔助因子等，篩選新的組蛋白修飾基因或miRNA，利用
各種蛋白質間相互作用方法驗證篩選獲得的組蛋白修飾復合物中各成員間的相
互作用。利用基因過量表達和敲低/敲除技術、基因突變技術、組蛋白甲基化、
磷酸化和乙?；治?、ChIP-seq等技術檢測分離的組蛋白修飾因子對組蛋白修飾
和基因表達的影響及其在基因表達調控中的分子機制。在此基礎上，利用動物模
型和臨床標本對組蛋白修飾候選因子在腫瘤發生發展及侵襲轉移中的作用做深
入分析?？傮w研究方案如下：
腫瘤DNA甲基化組和應用研究DNA甲基化形成機制研究
代表性腫瘤及非瘤組織標本收集
500例
腫瘤DNA甲基化組測定啟動子
芯片
基因功能分析生物信息學分析
確定腫瘤發生/轉移/侵襲相關
的甲基化網絡
驗證研究：大樣本患者隨訪、
模式動物
建立腫瘤轉移能力的DNA甲基
化分型體系
RLGS/MeDIP/Promoterarray等方
法分析腫瘤基因組甲基化譜式
分析腫瘤細胞中異常甲基化的啟
動子區域組蛋白修飾的狀況
ProfileProfile
篩選影響DNMT和DNA結合
及組蛋白修飾的關鍵蛋白
探討關鍵蛋白活性和
自身修飾的變化
明晰特異基因發生DNA甲基化
的分子機制和組蛋白修飾調控
DNA甲基化的分子機制
探明關鍵蛋白與DNMT和DNA
結合蛋白相互作用的分子機制
課題負責人：葉棋濃，軍事醫學科學院生物工程研究所
學術骨干：楊曉，軍事醫學科學院生物工程研究所
課題三：非編碼RNA在惡性腫瘤發生發展及侵襲轉移中的作用
研究ncRNA作用機制的一個關鍵就是鑒定與之相互作用的靶分子，特別是
蛋白分子。本課題將以乳腺癌細胞系、腫瘤組織、腫瘤啟動細胞為模型，利用自
主建立的RNA-SELEX-seq技術平臺系統地發現和鑒定與腫瘤相關蛋白（特別是
其中的轉錄因子和表觀修飾酶）發生相互作用的ncRNA；還將采用不同大小的
ncRNA的cDNA文庫（size-fractionedRNAlibrary）鑒定腫瘤啟動細胞特異的
ncRNA。采用球囊形成實驗、二維平皿及三維Matrigel培養以及免疫缺陷鼠體內
種植和腫瘤組織等研究體系，系統深入地研究ncRNA和蛋白間的相互作用、它
們所構成的結構網絡、調控網絡、以及這些相互作用的生理功能，剖析ncRNA
調控網絡在腫瘤發生發展進程中的作用與意義。與此同時，選擇其中一些有重要
功能的ncRNA，結合大量的腫瘤患者的標本及臨床資料，研究將其作為藥靶或
生物標記物的可能性。
組蛋白修飾異常機制與腫瘤發生發展
篩選新的組蛋白修飾復合物/因子
甲基化酶、磷酸酶、Smad4和ER轉錄因子等
相互作用
分析
組蛋白修飾
分析
靶基因表達
分析
建立腫瘤發生發展侵襲轉移相關的組蛋白
修飾網絡
高通量芯片、酵母雙雜交、免疫沉淀-質譜
課題負責人：宋旭，四川大學
學術骨干：宋爾衛，中山大學
李沁桐，四川大學
課題四：上皮－間質轉換的機理及惡性腫瘤侵襲轉移的細胞重編程機制
以乳腺癌細胞系、腫瘤組織及癌旁正常組織為模型，探討EMT的細胞重編
程作用機理及其在乳腺癌轉移及化療藥物耐受中的作用。選取永生化的正常乳腺
細胞系（如MCF-10A），ER陽性低轉移性細胞系（如MCF-7，T47-D等），ER
陰性高轉移細胞系（如MDA-MB-231，SUM1315等），以及ER陽性但對三苯氧
胺耐藥的BT-474細胞等為主要細胞模型，并通過lentivirus介導的shRNA抑制
或過表達E-cadherin在這些細胞系中分別誘導或抑制EMT表型。比較不同細胞
系在EMT前后其基因表達譜變化，用MeDIP-seq法比較基因組范圍內DNA甲
基化變化情況，并用ChIP-seq法比較與轉錄相關的主要的組蛋白修飾標志如激
活性的組蛋白乙?；?、H3K4甲基化，抑制性的H3K9，H3K27，H4K20甲基化
等在全基因組范圍內的分布變化規律。在此基礎上，對差異表達的新基因及特異
性組蛋白修飾酶在EMT以及在乳腺癌轉移及藥物耐受中的作用做深入分析。同
時，選取兩種以上高轉移性細胞系，以TGF?或TNF?刺激細胞或穩定轉染
?-catenin分別激活TGF?、NF?B以及Wnt信號通路誘導EMT。用基因表達譜、
蛋白質譜及全蛋白磷酸化譜分析在三種條件下共同變化的靶基因及蛋白分子。這
些共同通路分子是各信號通路間的交互作用節點及潛在的EMT關鍵調控因子，
非編碼RNA與腫瘤發生發展研究
腫瘤相關蛋白結合的ncRNA的研究
闡明ncRNA-蛋白調控網絡與腫瘤發生發展
的關系
RNA-SELEX-seq技
術平臺鑒定與腫瘤
相關蛋白結合的
ncRNA
Size-fractionedRNA
library鑒定腫瘤啟動
細胞特異ncRNA
探討ncRNA-蛋白相互作用及對相關信號通
路的調控
利用體外培養、免疫缺陷小鼠腫瘤移植、腫
瘤病理組織檢測等進行功能研究
對它們的作用機理進行進一步細胞及分子水平上的分析。建立可誘導表達熒光標
記的E-cadherin或其它EMT誘導因子的穩定轉染細胞系，以在細胞及分子水平
上實時觀察細胞內外環境的改變對EMT及細胞轉移能力的影響?？傮w研究方案
如下：
課題負責人：尚永豐，北京大學醫學部
學術骨干：梁靜，北京大學醫學部
張華，中國航天員科研訓練中心
課題五：細胞微環境與腫瘤的發生發展及侵襲轉移
以乳腺癌為模型，分別從腫瘤細胞微環境中的腫瘤相關成纖維細胞、浸潤的
免疫細胞（腫瘤相關性巨噬細胞）和基質分子（細胞因子TGFβ）入手，研究腫
瘤微環境對腫瘤細胞生物學行為尤其是侵襲轉移的影響。分離乳腺良性增生患者
及各種不同類型不同分期的乳腺癌患者組織微環境中的成纖維細胞及腫瘤相關
性巨噬細胞，分析miRNA及mRNA的表達譜；研究這些差異表達的基因或
miRNA對成纖維細胞及腫瘤細胞侵襲轉移能力的影響；建立三維細胞培養模型，
將腫瘤細胞與基質細胞共培養，盡量模擬體內環境，并應用免疫分子及免疫細胞
缺陷小鼠構建小鼠骨髓嵌合體動物模型，研究這些差異表達的基因或miRNA對
上皮－間質轉換的機理及表觀遺傳機制
建立低轉移性、高轉移性乳腺癌細胞系及人
工改變E-cadherin水平誘導或抑制EMT后的
細胞系
尋找高轉移性乳腺癌及對現有化療藥物不敏
感性的乳腺癌的治療靶點
基因表達譜
差異
ChIP-seq檢測主要轉
錄相關組蛋白修飾
差異表達基因總體特征分析
新基因功能分析及特異性組蛋白修飾酶在
EMT中的作用
功能域分析；
質譜檢測并
驗證相互作
用蛋白；靶基
因檢測；與已
知EMT基因
關系
病毒介導的
穩定過表達
及shRNA抑
制候選基因
后，細胞表型
及小鼠乳腺
癌轉移模型
的行為變化
MeDIP-seq檢測
DNA甲基化變化
以TGF?或TNF?刺激細胞或穩定轉
染?-catenin分別誘導癌細胞發生EMT
蛋白質
譜差異
磷酸化修飾蛋
白質組學差異
共培養后腫瘤細胞侵襲轉移能力的影響；采用基因工程小鼠模型，從分子、細胞、
動物三個層面研究TGFβ信號通路在腫瘤微環境中與REG?蛋白酶體激活因子、
p53等重要腫瘤因子動態相互作用及其動態調控的分子機制。在解析這些調控機
制的生理病理意義的基礎上，通過腫瘤模型研究進一步闡明腫瘤微環境中重要生
物學因子對腫瘤發生發展的決定性作用。具體方案如下：
課題負責人：劉芝華，中國醫學科學院腫瘤研究所
學術骨干：李曉濤，華東師范大學生命科學研究所
曲春楓，中國醫學科學院腫瘤研究所
課題六：惡性腫瘤發生發展及侵襲轉移的分子調控網絡
利用腫瘤基因表達和表觀遺傳學數據，采用計算生物學方法推測在惡性腫
瘤、干細胞中發生變化的表觀遺傳學調控網絡。為了更深入地研究腫瘤發生發展
過程的分子調控網絡，還需要從以下幾個方面進一步發展基于貝葉斯網絡的因果
推斷方法。（1）考慮到實驗方法與手段的多樣性，需要開發能夠自動整合并利用
多個異質實驗數據的因果推斷方法。這部分工作涉及去除反映單個數據源自身特
征的背景信號，子網絡的拼接與集成，觀測型實驗數據與(基因敲除、RNA沉默
等)干預型實驗數據的因果信息集成等多個問題；（2）通過開發根據數據特征自
適應地調整網絡正則化參數的學習算法等方式，以解決如何在具有較高噪聲和不
mRNA及miRNA表達譜分析
正常乳腺組織及不同類型的乳腺癌組織
建立基質細胞與
腫瘤細胞的三維
細胞培養模型
明確基質細胞的基因/miRNA對腫瘤轉移的影響
腫瘤相關成纖維細胞原代培養
TGFβ信號通路/REG?-蛋白酶體
動物水平
Smad2亞等
位基因表達
小鼠模型
闡明REG?-蛋白酶體與TGFβ信號
通路間的相互作用
細胞微環境與腫瘤發生發展及侵襲轉移
基質細胞、細胞因子在腫瘤發生發展中的作用
分子、細胞水平
基因/miRNA
的功能研究
基因敲除
建立腫瘤與細胞微環境網絡體系
腫瘤相關性巨噬細胞
免疫缺陷
小鼠骨髓嵌合體
動物模型構建
精確性的系統生物學實驗數據中進行可靠因果推斷的實際問題。對于大規模因果
推斷問題，使用現有的貝葉斯因果推斷方法，還面臨有限的數據資源與急劇增大
的網絡搜索空間的矛盾。為了保證學習結果的魯棒性，我們擬開發一系列能保持
因果關系的特征選擇方法來解決這個問題。（3）不同系統生物學因素之間的上下
游作用關系可能會隨腫瘤發生與發展的過程而動態地發生變化，為此我們擬開發
能夠正確推斷這種動態關系的貝葉斯網絡學習算法。因為腫瘤細胞有很多具有干
細胞特性，且目前所掌握的胚胎干細胞數據比腫瘤數據更豐富也更系統,我們將
在惡性腫瘤與干細胞中分別預測基因表達與表觀調控網絡，并進一步比較其異
同。通過干擾預測的上游調控節點后以ChIP-PCR和ChIP-seq技術對下游節點進
行檢測，對以上預測模型中的關鍵調控關系進行驗證。為了通過實驗驗證貝葉斯
網絡模型推測出來的因果關系，我們將把它們作為遺傳學的上下游關系處理。這
樣就可以人為地提高或降低上游事件的水平，例如，轉錄因子結合或者其他組蛋
白修飾水平，而后觀察下游事件，如基因表達，或者組蛋白或DNA修飾的水平
的變化，來證實我們所預測的因果關系。以組蛋白甲基化修飾作用為例，甲基化
轉移酶和去甲基化酶是可用于干擾網絡中的特定節點。譬如我們要證實
H3K27me3抑制基因表達這一關系，我們可以通過抑制正常細胞或者癌細胞的組
蛋白甲基化轉移酶或者去甲基化酶來調節H3K27me3水平，從而觀察下游基因
表達水平的變化（圖2）。實際上，一些已報道的因果關系正是利用上述方法和
遺傳突變在模式生物或細胞實驗中發現的。驗證轉錄因子對某種組蛋白修飾的作
用可以通過過表達或者RNAi轉錄因子來直接觀察到。我們將通過過表達或者
RNAi分別上調或者下調轉錄因子，然后利用ChIP-qPCR技術檢測一些已知的
修飾位點或者利用ChIP-seq技術在全基因水平檢測轉錄因子對全基因組范圍內
組蛋白修飾的影響。
圖2：如何通過干擾上游調控節點并以ChIP-PCR和ChIP-seq技術
檢測下游基因驗證預測模型中的關鍵調控關系
具體方案如下：
課題負責人：韓敬東，中國科學院遺傳與發育生物學研究所
學術骨干：吳旻，武漢大學生命科學學院
染色質與組蛋白的多種表觀遺傳學修飾關鍵轉錄因子與基因的調控關系
轉錄因子的ChIP-seq實驗
基因表達譜差異
分析
染色質構型分析表觀遺傳因子ChIP-seq實驗
絕緣子的基因組分布表觀遺傳因子的基因組分布轉錄因子的目標
基因分布
染色質空間形態與DNA、組蛋白修飾
的因果調控網絡關鍵轉錄因子與目標基因的調控網絡
多因素SNP與
GWAS分析：鑒
定腫瘤發病相關
的重要基因突變
相互關系
惡性腫瘤發病因素預測的因果網
絡模型
RNAi與基因敲
除研究：驗證腫
瘤發病相關轉
錄因子與基因
的影響范圍
惡性腫瘤高通量數據的整合與網絡的計算預測
四、年度計劃
研究內容預期目標
第
一
年
1）多種手段研究肺癌細胞腫瘤抑制
基因甲基化狀況，開展腫瘤轉移
相關DNA甲基化標志物研究；開
展PcG蛋白表達變異與腫瘤抑制
基因表觀遺傳失活關系研究；
2）利用高通量芯片、ChIP-Chip、
ChIP-seq、酵母雙雜交、免疫沉
淀結合質譜等技術，針對TGFβ
和雌激素信號通路相關因子，如
轉錄因子Smad4、ER及其轉錄輔
助因子，篩選新的組蛋白修飾基
因或miRNA；
3）利用RNA-SELEX-seq等技術平臺
系統篩選鑒定與腫瘤相關蛋白相
互作用的ncRNA；檢測ncRNA的
表達譜；
4）誘導或抑制EMT表型。比較不同
細胞系在EMT前后其基因表達譜
變化，用MeDIP-seq法比較基因
組范圍內DNA甲基化變化情況，
并用ChIP-seq法比較與轉錄相
關的主要的組蛋白修飾標志如激
活性的組蛋白乙?；?、H3K4甲基
化，抑制性的H3K9，H3K27，H4K20
甲基化等在全基因組范圍內的分
布變化規律。
5）分離乳腺良性增生患者及乳腺癌
患者微環境中的成纖維細胞、浸
潤巨噬細胞、浸潤的單核巨噬細
胞，分析miRNA及mRNA的表達譜，
研究不同類型的乳腺癌以及不同
侵襲轉移能力的乳腺癌中上皮細
胞與間質細胞的表達譜差異；
6）開發能夠自動整合并利用多個異
質實驗數據的因果推斷方法。包
括去除反映單個數據源自身特征
的背景信號，子網絡的拼接與集
成，觀測型實驗數據與(基因敲
1）找出有代表性的腫瘤抑制基因，
分析甲基化譜，篩選出一組腫瘤
轉移相關DNA甲基化標志物；掌
握腫瘤組織中多種PcG蛋白表達
變異規律；
2）獲得新的組蛋白修飾組分；
3）篩選出一批腫瘤相關的ncRNA；
并確定ncRNA及相關蛋白的表達
譜；
4）優化EMT表型誘導條件，完成基
因表達譜及MeDIP-seq，
ChIP-seq法比較DNA甲基化及主
要組蛋白修飾譜變化實驗；
5）發現與腫瘤發生發展和轉移相關
的不同間質細胞的表型特征，以
及一些重要的免疫相關蛋白、間
質細胞中miRNA及mRNA的表達改
變；
6）建立能夠自動整合并利用多個異
質實驗數據，適用于大規模高噪
聲的組學數據的因果推斷方法，
并開發為計算軟件。
研究內容預期目標
除、RNA沉默等)干預型實驗數
據的因果信息集成等多個問題。
第
二
年
1）分析圍繞甲基化基因啟動子周圍
的組蛋白修飾狀況，開展核小體
在DNA甲基化擴展過程中的作用
研究；開展腫瘤轉移相關甲基化
標志物多中心驗證研究；
2）利用免疫共沉淀、GST
pull-down、細胞內共定位等蛋白
質間相互作用技術驗證篩選獲得
的組蛋白修飾復合物中各成員間
的相互作用，定位相互作用的結
構域/區域。
3）研究篩選到的ncRNA與蛋白質、
DNA或RNA等生物大分子的相互
作用；
4）對克隆得到的新的潛在EMT調控
因子用分子生物學及細胞生物學
的手段進行功能分析；
5）通過基因過表達或敲降的方法，
研究差異表達的基因或miRNA對
成纖維細胞、巨噬細胞及腫瘤細
胞的生物學行為的影響，尤其是
腫瘤細胞侵襲轉移能力的影響；
1）探明組蛋白修飾與甲基化DNA之
間的關聯性，證明核小體在DNA
甲基化擴展過程中的作用；
2）明確組蛋白修飾復合物中各成員
間的相互作用及其相互作用方
式；
3）初步確定ncRNA的作用靶點，特
別是與蛋白的相互作用；
4）發現一些新的潛在EMT調控因
子；
5）發現幾個間質細胞來源的與腫瘤
發生發展和轉移密切相關的新的
分子；
6）建立能夠自動進行因果關系的特
征選擇方法，并開發為計算軟件。
探索推斷腫瘤發生與發展動態關
系的方法；
7）發表5-6篇IF5的研究論文,1-2
篇IF10的研究論文。申請專利
1-2項。
研究內容預期目標
6）對于大規模因果推斷問題，使用
現有的貝葉斯因果推斷方法，還
面臨有限的數據資源與急劇增大
的網絡搜索空間的矛盾。為了保
證學習結果的魯棒性，我們擬開
發一系列能保持因果關系的特征
選擇方法來解決這個問題。
第
三
年
1）研究影響DNA甲基化和組蛋白修飾
的關鍵酶，找出連接甲基化與組蛋
白的蛋白。在不同病變人體組織中
腫瘤轉移相關基因DNA甲基化形
成、擴展和維持規律研究；
2）利用基因過量表達和敲低/敲除技
術、組蛋白修飾等分析技術檢測組
蛋白修飾因子對組蛋白修飾的影
響及不同修飾間的相互影響。檢測
組蛋白修飾候選因子對TGFβ、雌
激素信號通路等相關的下游靶基
因表達的影響。確定組蛋白修飾復
合物中各成員間物理上的相互作
用與功能上的相互作用的關系；
3）研究ncRNA在表觀遺傳修飾和轉錄
水平上對基因轉錄的調控作用；以
及ncRNA相關的信號調控通路；
4）對克隆得到的新的潛在EMT調控因
子用分子生物學及細胞生物學的
手段進行功能分析；
5）發展三維細胞培養模式，將腫瘤細
胞與基質細胞共培養，盡量模擬體
1）初步論證連接DNA甲基化與組蛋白
修飾的關鍵蛋白和酶。聯系得到一
組能夠準確預測腫瘤轉移能力的
DNA甲基化標志物；
2）明確組蛋白修飾候選因子對組蛋
白修飾和基因表達的影響；
3）發現腫瘤相關蛋白與ncRNA間相互
作用對基因轉錄的調控作用及具
體的分子機制；
4）建立單核巨噬細胞特定基因敲除
或過表達的小鼠乳腺癌模型；
5）發現惡性腫瘤與干細胞中分別預
測基因表達與表觀調控網絡,的異
同；
6）發表5-6篇IF5的研究論文,1-2
篇IF10的研究論文。申請專利1-2
項。
研究內容預期目標
內環境，研究這些差異表達的基因
或miRNA對共培養后腫瘤細胞侵襲
轉移能力的影響，探討改變細胞微
環境對腫瘤侵襲轉移的影響；
6）在惡性腫瘤與干細胞中分別預測
基因表達與表觀調控網絡,并進一
步比較其異同。進一步通過自動文
獻檢索來檢驗網絡的準確性。
第
四
年
1）研究DNA甲基化與組蛋白修飾的
先后及其相互影響的機制，開展
腫瘤轉移相關甲基化標志物生物
學功能基礎研究；
2）以過量表達、RNA干擾和染色體
免疫沉淀等技術手段增加或者降
低組蛋白修飾候選因子在細胞內
的含量，檢測候選因子對組蛋白
修飾復合物中各成分的轉錄和蛋
白質穩定性的影響、對組蛋白修
飾酶在靶基因序列上募集的影響
和對組蛋白修飾酶活性的影響；
3）利用細胞模型和裸鼠動物模型系
統研究ncRNA在腫瘤發生發展中
的作用；
4）繼續進行EMT相關新基因功能分
析，并根據分子生物學的研究成
果，建立必要的動物模型，研究
新的EMT調控分子過表達或基因
敲除后對乳腺癌轉移的影響；
5）利用小鼠骨髓嵌合體和乳腺癌動
物模型，研究腫瘤相關間質細胞
對腫瘤細胞的發展與轉移能力的
影響。繼續研究化學致癌劑在腫
瘤易發及對照小鼠中誘導特定的
癌癥模型并研究其病理生理特征
以及相關分子機制。原位ATC腫
瘤異種移植模型的腫瘤轉移機制
1）確定影響DNA甲基化與組蛋白修
飾的蛋白作用機制，確定DNA甲
基化標志物影響腫瘤轉移相關的
機制；
2）確定組蛋白修飾候選因子在基因
表達調控中的分子機制；
3）發現腫瘤相關蛋白與ncRNA間的
相互作用在細胞生長、分化、腫
瘤發生發展及侵襲轉移中的作
用；
4）原位ATC腫瘤異種移植模型的腫
瘤轉移機制研究取得重大進展；
5）驗證并估算得到貝葉斯網絡的預
測準確性；
6）發表5-6篇IF5的研究論文,1-2
篇IF10的研究論文。申請專利
1-2項。
研究內容預期目標
研究；
6）通過干擾預測的上游調控節點后
以ChIP-PCR和ChIP-seq技術對
下游節點進行檢測，對貝葉斯網
絡模型推測出的關鍵調控關系進
行驗證。
第
五
年
1）探討表觀遺傳調控的新機制，建
立測定腫瘤轉移能力的DNA甲基
化分型；進行DNA甲基化標志物
診斷試劑盒開發；
2）利用基因過量表達和敲低/敲除
技術，在體外細胞水平和體內小
鼠腫瘤模型中檢測篩選到的候選
分子對腫瘤細胞增殖、遷移、侵
襲、轉移以及EMT的影響，檢測
候選分子對細胞惡性轉化的能
力。利用小鼠基因敲除模型，檢
測組蛋白修飾因子及其調節的靶
分子在體內組織水平上的改變模
式，利用免疫組織化學等技術檢
測某些候選分子及相應的組蛋白
修飾在腫瘤發生發展及侵襲轉移
中的臨床意義；
3）系統深入地研究ncRNA和蛋白間
的相互作用、它們所構成的結構
網絡、調控網絡、以及這些相互
作用的生理功能，剖析ncRNA調
控網絡在腫瘤發生發展進程中的
作用與意義；
4）繼續進行功能分析實驗，并在乳
腺癌腫瘤病人標本中驗證研究所
得的EMT關鍵分子與腫瘤治療反
應及預后的關系，篩選有診斷意
義的分子標志；
1）開發出1-2個預測腫瘤轉移能力
的DNA甲基化標志物診斷試劑
盒；
2）確定組蛋白修飾候選因子在腫瘤
發生發展及侵襲轉移中的作用；
3）提出ncRNA作用機制的新假說，
探討在細胞中是否存在一個通過
RNA-蛋白相互作用而構成的結構
網絡和信息調控網絡。為腫瘤診
斷與治療提供新的理論基礎和
ncRNA分子靶標；
4）篩選出1-2個對乳腺癌治療及預
后具有診斷意義的分子標志；
5）闡述在腫瘤微環境中，間質細胞
及分子對腫瘤發生發展及侵襲轉
移影響及作用的分子機制，從間
質細胞角度尋找阻斷腫瘤侵襲轉
移的靶分子；
6）進一步驗證并估算貝葉斯網絡的
預測準確性。并基于新的
ChIP-seq數據得到改進的貝葉斯
網絡模型。
7）發表5-6篇IF5的研究論文,1-2
篇IF10的研究論文,申請專利
1-2項。
研究內容預期目標
5）通過體內外實驗，闡明在腫瘤微
環境中，促進單核細胞浸潤和分
化發育成為不同類型巨噬細胞的
調控因素，及不同微環境下不同
的巨噬細胞亞群影響乳腺細胞以
及乳腺腫瘤細胞增殖和行為特征
機制；
6）利用ChIP-seq技術在全基因水平
檢測轉錄因子對全基因組范圍內
組蛋白修飾的影響。并在加入新
的ChIP-seq數據后重建并改進貝
葉斯網絡模型。
一、研究內容
主要研究內容
1、表觀遺傳重編程不僅在體細胞去分化和獲得多能“干性”方面發揮關鍵性作
用，也是細胞癌變過程中獲得無限增殖和侵襲/轉移能力的物質基礎。本項目
擬在開展轉移相關DNA甲基化組學研究的基礎上，篩選并鑒定出影響乳腺
癌細胞轉移能力的關鍵性DNA甲基化變化位點及其網絡，了解其在乳腺癌
細胞獲得轉移能力重編程過程中作用，建立預測乳腺癌等惡性腫瘤轉移能力
的表觀遺傳分子分型體系。以腫瘤高甲基化基因1（Hic1）為目標，以III類
組蛋白去乙?；窼IRT1為對象，探討SIRT1作為組蛋白去乙?；笇M蛋
白修飾及其對DNA甲基化酶和DNA結合蛋白相關因子的作用，篩選影響
DNA甲基化酶和DNA結合蛋白的關鍵性因子；明確相關關鍵性因子與DNA
甲基化酶和DNA結合蛋白作用的分子機制，進一步闡明Hic1基因發生DNA
甲基化的分子機制，進而揭示組蛋白修飾和DNA甲基化的相互作用關系。
探討逆轉DNA甲基化在腫瘤治療中的臨床應用價值，在明確“腫瘤組織DNA
異常甲基化-基因表達變異-腫瘤細胞轉移功能”關系的基礎上，確定乳腺癌和
肺癌轉移能力的關鍵性DNA甲基化變異位點及其網絡，建立腫瘤轉移能力
的DNA甲基化分型體系，并結合大樣本腫瘤患者隨訪以及模式動物進行驗
證研究。
2、探討組蛋白修飾如何影響基因的轉錄及這種調控形式如何影響惡性腫瘤發
生發展及侵襲轉移。包括新的組蛋白修飾復合物的發現和作用機制的探討；
研究不同組蛋白修飾之間的相互影響，特定的組蛋白修飾與特定的基因轉錄
激活或抑制的關系，組蛋白修飾和轉錄因子/轉錄輔助因子的組裝，組蛋白修
飾復合物的調控，組蛋白修飾在腫瘤發生發展及侵襲轉移中的作用和機制；
篩選組蛋白修飾復合物成分，包括MLL1等相關的甲基化酶復合物成分、組
蛋白磷酸化酶、TGFβ和雌激素信號途徑相關的組蛋白修飾因子等；驗證組
蛋白修飾復合物中各成員間的相互作用；檢測分離的組蛋白修飾因子對組蛋
白修飾的影響及不同修飾間的相互影響；檢測組蛋白修飾因子對靶基因的選
擇性和表達的影響，以及組蛋白修飾對Smad、ER等轉錄因子募集到靶基因
啟動子上的作用；在細胞水平和小鼠腫瘤模型中檢測篩選到的候選分子在乳
腺癌、肺癌等腫瘤發生發展及侵襲轉移中的作用和機制；收集大量臨床標本，
結合病理及預后等資料，檢測幾個候選分子及相應的組蛋白修飾在乳腺癌、
肺癌等腫瘤發生發展及侵襲轉移中的臨床意義。
3、利用課題組前期工作中建立的篩選與目標蛋白相互作用的ncRNA的技術平
臺（RNA-SELEX-seq），從腫瘤細胞系和腫瘤組織中篩選鑒定與腫瘤相關蛋
白相互作用的ncRNA，研究ncRNA-蛋白質間相互作用的分子基礎、動態時
空關系以及功能調控網絡；闡明ncRNA在表觀遺傳修飾和轉錄水平上對基
因轉錄的調控作用，深入探討它們在腫瘤發生發展及侵襲轉移中的意義；利
用生物信息學和實驗相結合的方法鑒定以ncRNA為軸心，與之相互作用的
蛋白質、RNA和DNA，發現ncRNA新的作用機制，探討在細胞中是否存在
一個通過RNA-蛋白相互作用而構成的結構網絡和信息調控網絡；在發現和
鑒定的腫瘤特異性ncRNA及其相關蛋白的基礎上，用腫瘤啟動細胞模型、
腫瘤轉移模型（包括腫瘤細胞EMT模型）以及臨床標本，深入探索具有臨
床意義的ncRNA及其相關蛋白在腫瘤發生發展中的作用。
4、尋找新的EMT調控因子以及新的EMT相關調控通路，研究建立和維持EMT
的信號通路之間的交互作用：一般來說，ER陽性的乳腺癌細胞（如MCF-7
細胞）轉移性弱，而ER陰性的乳腺癌細胞（如MDA-MB-231細胞）轉移性
強。癌細胞ER表達陽性也是其對三苯氧胺等雌激素拮抗療法有反應性的前
提條件。但三苯氧胺對部分ER陽性的乳腺癌細胞治療效果較差。選取正常
乳腺癌細胞、乳腺癌低轉移性、高轉移性、耐藥性的代表細胞系進行表達譜
分析，檢測它們是否具有EMT相關基因的表達差異。其中差異表達的除已
知EMT基因外，未知功能的基因表達產物根據其功能域及蛋白質組學分析
（如質譜檢測其相互作用蛋白等方法）可研究其是否為新的EMT相關轉錄
因子?；虮磉_譜差異分析可同樣應用于以lentivirus在低轉移性細胞用
shRNA抑制E-cadherin促進其EMT，或高轉移性細胞引入E-cadherin表達后
與原有細胞的對比研究中。已發現多種信號通路都與EMT相關。擬選取目
前研究較為充分的TGF?通路，以及Wnt和NF?B通路為代表，分別給予乳
腺癌細胞相關信號分子刺激誘導EMT，隨后進行基因表達譜、通路特異性蛋
白質譜以及高通量的細胞內磷酸化修飾改變等分析，找到這些通路在EMT
過程中的共同靶點并闡明其在EMT中如何扮演關鍵角色。建立可誘導表達
熒光標記的E-cadherin或其它EMT誘導因子的穩定轉染細胞系，以在細胞
及分子水平上實時觀察細胞內外環境的改變對EMT及細胞轉移能力的影響。
同時，研究這些分子及相關的通路與乳腺癌病人的轉移、療效、預后及藥物
敏感性的關系，探討其臨床應用價值。
5、EMT過程中DNA甲基化水平和組蛋白修飾在全基因組范圍內的改變及特異
的組蛋白修飾酶如何參與調控EMT：EMT是已分化上皮細胞進行基因表達
重編程的生物學行為，勢必有DNA甲基化及多種影響基因轉錄的組蛋白修
飾在全基因組范圍內重新分布。利用MeDIP-seq檢測細胞在發生EMT時在
全基因組范圍內的DNA甲基化變化規律。同時，針對特異性組蛋白化學修
飾如轉錄激活性的組蛋白乙?；?、H3K4甲基化，轉錄抑制性的H3K9，
H3K27，H4K20甲基化等，利用其特異性抗體進行ChIP-seq分析，檢測細胞
發生EMT時的組蛋白化學修飾變化規律。從以上兩方面的研究出發，進而
對潛在EMT關鍵基因進行詳細的生物學功能研究。特異的組蛋白修飾酶可
能在EMT調控中扮演關鍵角色。組蛋白H3K27三甲基化酶EZH2在乳腺癌
中顯著高表達，并與遠處轉移及較差預后密切相關，提示其在EMT中亦可
能扮演關鍵角色。相關課題組之前發現組蛋白H3K4去甲基化酶LSD1在
TGF?信號通路及乳腺癌轉移中起重要作用。課題將進一步以EZH2及LSD1
為研究對象，通過基因組學及質譜分析，研究它們和已知的EMT相關的轉
錄因子之間的相互關系。
6、分離乳腺良性增生患者及乳腺癌患者微環境中的成纖維細胞，進行原代培養
后，分析miRNA及mRNA的表達譜，研究不同類型的乳腺癌（基底型、導
管A型、導管B型、HER2+/ER-型、類正常乳腺型），以及不同侵襲轉移能
力（高轉移、不轉移）的乳腺癌中上皮細胞與間質細胞的表達譜差異；通過
基因過表達或敲降的方法，研究這些差異表達的基因或miRNA對成纖維細
胞及腫瘤細胞的生物學行為的影響，尤其是腫瘤細胞侵襲轉移能力的影響；
發展三維細胞培養模式，將腫瘤細胞與基質細胞共培養，盡量模擬體內環境，
研究這些差異表達的基因或miRNA對共培養后腫瘤細胞侵襲轉移能力的影
響，探討改變細胞微環境對腫瘤侵襲轉移的影響。
7、從髓系細胞在不同病理狀態下的乳腺組織中的浸潤和群體變化入手，通過分
析乳腺良性增生患者、乳腺癌組織的局部微環境中，浸潤性的髓系細胞（包
括浸潤的腫瘤相關性巨噬細胞）的活化和表型特征，特異性表達基因的改變，
分析在乳腺癌發生的微環境中，促進單核細胞浸潤和分化發育成為M2型腫
瘤相關性巨噬細胞的調控因素，探尋促進乳腺細胞異常增殖分化的免疫細胞
的相關因素和分子及其調控因素；在我們已經建立的三維模擬人體體外免疫
系統模型基礎上，改進并建立起進行乳腺癌細胞/靜脈血管內皮細胞/免疫細
胞的共培養的三維模型；通過活化髓系細胞，以及體外分化的M2型巨噬細
胞，研究免疫細胞中的異常表達基因和分子對良性增生的乳腺細胞以及乳腺
腫瘤細胞增殖和行為特征的影響；并采用具有不同行為特征的腫瘤細胞以及
在腫瘤細胞中采用基因過表達或敲除的方法，研究探討其對浸潤的免疫細胞
分化的影響；通過制備同類系小鼠骨髓嵌合體，進而在乳腺癌小鼠動物模型
中，確證相關免疫的細胞活化因子在促進腫瘤細胞侵襲轉移中的作用，并探
討腫瘤細胞產物對髓系抑制性細胞（Myeloid-DerivedSuppressorCells,
MDSCs）產生的機制以及可能的阻斷途徑，從而在機體免疫水平探討阻斷腫
瘤侵襲轉移的策略。
8、采用基因工程小鼠模型，研究TGFβ信號通路在腫瘤微環境中與REG?蛋白
酶體激活因子、p53等重要腫瘤因子動態相互作用及其動態調控的分子機制；
在解析這些調控機制的生理病理意義的基礎上，通過腫瘤模型研究進一步闡
明腫瘤微環境中重要生物學因子對腫瘤發生發展的決定性作用；以正常細胞
和腫瘤細胞為模型，利用基因敲除等手段，近一步闡明REG?蛋白酶體與
TGFβ信號通路間的相互調節以及信號反饋機制；利用正常表達及缺失REG?
的小鼠（C57BL/6遺傳背景的REG?+/+和REG?-/-小鼠），通過雜交建立Smad2
亞等位基因表達（hypomorphicexpression）的小鼠模型，用化學致癌劑在腫
瘤易發及對照小鼠中誘導特定的癌癥模型，通過對癌癥發生的普遍特征、腫
瘤病理組織學分析等研究來探討TGFβ信號通路與REG?蛋白酶體的交互作
用。
9、利用腫瘤基因表達和表觀遺傳學數據，采用計算生物學方法推測在惡性腫
瘤、干細胞中發生變化的表觀遺傳學調控網絡。進一步發展基于貝葉斯網絡
的因果推斷方法。在惡性腫瘤與干細胞中分別預測基因表達與表觀調控網絡,
并進一步比較其異同。通過干擾預測的上游調控節點后以ChIP-PCR和
ChIP-seq技術對下游節點進行檢測，對以上預測模型中的關鍵調控關系進行
驗證。
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