肾上腺髓质素ADM在酸性微环境对乳腺癌细胞“干性”影响中的作用及其分子机制

Recurrence and metastasis is one of the difficulties in treatment of breast cancer. Breast cancer stem cell is now considered one of the important factors resulting in recurrence and metastasis. The investigation of BCSC is very important to treatment of breast cancer. Microenvironment is essential to maintain stemness of breast cancer. The microenvironment is mainly consist of accumulation of lactic acid resulting from aerobic glycolysis. We found stem cell markers such as OCT4 NANOG, SOX2 is highly regulated after treated with lactic acid or ketone. Mammosphere and tumor formation ability also increased after induction indicating acidic microenvironment is related with. Besides, adrenomedullin expression increased in 30 min after induction. If ADM expression is interrupted, stem markers, mammosphere, tumor formation ability decreased significantly, indicating ADM is associated with increase stemness in acidic environment. The aim of this project is to investigate the mechanism of enhancement of stemness of BCSC, and biological function of ADM in increase of stemness of BCSC in acidic environment.

乳腺癌治疗面临的难题之一就是复发和转移。乳腺癌干细胞(BCSC)被认为是导致乳腺癌复发和转移的关键。探索BCSC"干性"的维持机制将为治疗复发和转移提供全新的思路。微环境是BCSC干性维持的关键条件之一。我们从癌细胞特有的有氧糖酵解，产生乳酸堆积构筑的酸性微环境角度，发现乳酸/丙酮酸可以直接导致乳腺癌细胞 "干性"标志物OCT4、NANOG、SOX2等表达增强，体外培养成球率增高和SCID小鼠成瘤能力增强。提示酸性微环境能增强乳腺癌细胞的干性。我们还发现乳酸诱导乳腺癌细胞30分钟即见肾上腺髓质素(ADM)表达明显升高，阻断ADM表达后，癌细胞中的"干性"标志物、体外培养成球率和成瘤能力均有显著的抑制，提示：酸性微环境导致的乳腺癌细胞干性增强与ADM密切相关。本课题拟对酸性微环境增强乳腺癌细胞干性的分子机制及ADM在该机制中的作用进行深入的研究。

阻碍乳腺癌治疗率进一步提高的难题就是复发和转移,即使是早期乳腺癌也有一定的复发和转移发生率。目前认为 乳腺癌干细胞(BCSC)被认为是导致乳腺癌复发和转移的关键。很多学者都认可乳腺癌干细胞的干性维持和远处转移灶的形成需要一定的微环境条件。.结果:本研究发现乳腺癌组织标本和乳腺癌细胞株中均发现ADM的表达显著增强，乳腺癌组织标本中ADM表达总阳性高达86.79%，其中强阳性57.6%，阳性占18.3%，弱阳性10.89%。ADM通过促进细胞的有氧糖酵解，同时抑制葡萄糖氧化过程。乳酸/丙酮酸诱导乳腺癌细胞的进一步缺氧，导致缺氧基因（ADM、HIF1α及其下游调控基因）表达的时间和浓度依赖关系。结果提示乳酸组的培养液中葡萄糖含量降低非常明显，表明增加环境中的乳酸含量可以增加乳腺癌细胞的葡萄糖消耗量，影响细胞的能量代谢方式。当癌细胞的TCA循环受到抑制的时候，糖酵解能力会增强以代偿能量的供应不足。因为糖酵解产ATP的效力低于TCA循环，因此，细胞的葡萄糖消耗量会增加。该结果表明了乳酸增加后会进一步的增强乳腺癌细胞的Warburg effect，可能是导致乳腺癌恶性程度增强的原因之一。我们的结果表明多条信号通路参与了酸性微环境下的细胞代谢变化（见Fig 1）。. 我们的研究结果表明ADM既是乳腺癌细胞自分泌调节癌细胞代谢重编程的重要分子,也是旁分泌调节癌细胞周围支持细胞代谢重编程关键分子。有氧糖酵解产生的丙酮酸具有很强的促进癌细胞和癌干细胞增殖的能力，与乳腺癌干细胞干性的维持和转移灶的形成有关。探索BCSC“干性”的维持机制和乳腺癌细胞远处转移定植的机制，降低乳腺癌的复发和转移率为未来提高乳腺癌治愈率提供新的思路和途径。