Hedgehog信号通路介导三氧化二砷对小细胞肺癌干细胞的抑制作用

Small cell lung cancer(SCLC) has a high malignancy and a poor prognosis. Inhibition of cancer stem cells(CSCs), the origin of SCLC, is a potential therapeutic target. Our previous studies found that arsenic trioxide(As2O3) obviously inhibited SCLC cell lines and xenografted tumor growth. We also found that As2O3 could inhibit the formation of CSC-like cell spheres in serum-free culture medium, and could down-regulate of stem cell factors and Hedgehog signaling molecules expression in SCLC cells, which is closely related to CSCs occurrence. We hypothesize that As2O3 inhibit SCLC stem cells by blocking the hedgehog signaling pathway, and thus inhibit SCLC growth. We will carry out in vitro and in vivo experiments to verify our hypothesis, and carry out a clinical research to explore the relations between CSCs related genes, the hedgehog pathway signaling molecule expression in SCLC tissues and the survival of patients. Our study will clarify the mechanism of As2O3 in SCLC inhibition, and provide experimental evidences for the application of As2O3 in treatment of SCLC.

小细胞肺癌(SCLC)恶性程度高、预后差，针对SCLC起源的肿瘤干细胞(CSCs)进行抑制是其潜在治疗靶点。本课题组前期研究发现，三氧化二砷(As2O3)对SCLC细胞系及移植瘤生长均有明显抑制作用，并能抑制SCLC细胞在无血清培养基中形成干细胞特性的细胞球、下调SCLC细胞干细胞因子表达；此外，As2O3还能下调与CSCs发生密切相关的Hedgehog通路信号分子。我们推测As2O3通过阻断Hedgehog通路从而抑制SCLC干细胞，进而抑制SCLC生长。我们将开展体外及体内实验来验证这一科学问题，并通过临床研究寻找SCLC组织中干细胞相关性基因及Hedgehog通路信号分子表达水平与患者生存期之间的关系。本研究将系统性论证As2O3抑制SCLC干细胞的作用机理，为As2O3应用于SCLC治疗提供实验依据。

小细胞肺癌（SCLC）是最致命，最具侵略性的原发性肺癌，其5年生存率低于5％。 FDA已批准三氧化二砷（As2O3）用于急性早幼粒细胞白血病（APL）治疗。但是，As2O3在SCLC干细胞（CSCs）中的作用仍然未知。本研究中，我们获得了SCLC细胞来源的CSCs，并研究了As2O3对这些细胞的作用以及潜在分子机制。通过在条件化的无血清培养基中将它们培养成球形，可以从SCLC细胞中富集CSCs。通过qPCR、western blot、连续传代和肿瘤发生分析，以验证细胞的干性表型特征。在体外使用CCK8、集落形成、球形成、流式细胞仪、qPCR、western blot，在体内通过肿瘤生长曲线、免疫荧光和TUNEL染色评估了As2O3对SCLC干细胞中的抗癌效果。与亲代SCLC细胞相比，SCLC第五代肿瘤球显示出更强的自我更新能力，更高的克隆形成效率（CFE），更高的SOX2、c-Myc、NANOG和OCT4水平，更强的肿瘤发生能力，表明SCLC肿瘤球细胞具有CSC的特征。As2O3能抑制SCLC干细胞的增殖、克隆性和成球能力，并以剂量依赖的方式抑制SCLC干细胞的异种移植肿瘤的生长。在体外和异种移植瘤中，As2O3诱导了细胞凋亡以及SOX2和c-Myc的下调。 SOX2下调能抑制SCLC干细胞的自我更新能力，并诱导细胞凋亡。从机制上讲，与亲代细胞相比，SCLC干细胞中GLI1（Hedgehog途径的关键转录因子）及其下游基因的表达增加。在体外和体内，As2O3显着下调了GLI1及其下游基因。 GLI抑制剂（GANT-61）能模拟并增强As2O3对SCLC干细胞的抑制作用，包括生长抑制、凋亡诱导以及GLI1、SOX2和c-Myc下调。总之，As2O3通过下调干细胞维持因子及诱导细胞凋亡，有效抑制SCLC干细胞的生长，这种效应是通过阻断Hedgehog信号通路实现的。