恶性胶质瘤细胞的集群迁移维持肿瘤干细胞表型并提高肿瘤侵袭迁移能力的研究

One of the major obstacles to the successful treatment of malignant glioma is their highly infiltrative property. In our previous study, we found a new type of glioma cell migration - collective cell motility. We hypothesize that collective cell motility would maintain the phenotype of glioma stem cells, promote chemotactic guidance and intercellular guidance, and enhance the ability of cell invasion and migration. In this study, we intend to identify glioma stem cell niches among clusters of collective cells in infiltrative zone of human malignant glioma in white matter and invaded corpus callosum in rat intracranial glioma model. We will investigate activation of Notch signaling pathway and the ability of cell invasion and migration, analyze expression characteristics among Notch ligand/receptor, nestin and SDF-1/CXCR4 as well as among Notch ligand/receptor,Arp2/3 comples and hMena. We will also investigate guidance mechanism in collective cell structure by an improved transwell assay. Using an established experimental platform in vitro, we will survey how activated Notch signaling pathway upregulates the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway via CXCR4 and enhances invasion and migration ability of collective cells. A combined therapies targeting to inhibit both Notch signaling pathway and PI3K/Akt/mTOR signaling pathway in this study would supply new clues for anti-invasion therapy for malignant glioma.

恶性胶质瘤（MG）的侵袭性是其成功治疗的主要障碍。前期研究发现，集群运动是MG细胞在脑白质中的新迁移形式。我们提出：MG细胞的集群迁移可维持肿瘤干细胞表型，促进肿瘤细胞趋化引导，增强侵袭迁移能力。本项目拟对人脑MG白质浸润区和鼠脑MG胼胝体侵袭区存在的集群细胞进行干细胞小生境确定，研究集群细胞的Notch通路活性和侵袭能力；分析组织切片和体外实验中Notch配体/受体与nestin、SDF-1/CXCR4以及Notch配体/受体和Arp2/3复合物、hMena的表达特征；通过改良的transwell实验，研究细胞集群状态促进细胞趋化引导的机理；利用体外实验平台，研究激活的Notch通路经CXCR4对PI3K/Akt/mTOR通路的上调作用，以及集群细胞侵袭迁移能力的增强；通过Notch通路和PI3K/Akt/mTOR通路联合靶向抑制实验，为MG抗侵袭治疗提供新思路。

胶质瘤干细胞以及其干性维持，增殖与迁移是胶质母细胞瘤预后不良的主要原因。在本项目实施期限内，通过构建鼠脑原位肿瘤种植模型、脑片半器官培养、水凝胶及干细胞球三维模型、体外二维侵袭迁移模型等技术平台，研究胶质瘤细胞尤其是胶质瘤干细胞在侵袭迁移中的运动形式及规律；通过生物信息学分析，分子生物学实验等研究恶性胶质瘤细胞在迁移运动中维持肿瘤干细胞表型并提高肿瘤侵袭迁移能力的具体机制，完成了全部课题任务，并拓展了研究内容。研究成果主要为：（1）ADAM12通过促进DLL1胞外域的脱落解除自身受体顺式抑制对于Notch通路的竞争性拮抗作用，促进Notch通路激活。此外Notch 配体 DLL1 依赖于细胞骨架调控分子 Arp2/3 复合体，维持 Notch 通路活性，进而维持胶质瘤干细胞表型。（2）Notch1通路和CXCR4/SDF-1通路均可以通过PI3K/Akt/mTOR通路参与胶质瘤干细胞的表型维持及集群运动；Notch1下游转录因子RBPJ可以直接结合CXCR4启动子区域调控其转录表达，构成Notch1/CXCR4/Akt/mTOR轴性调控机制；靶向抑制Notch通路可以显著降低胶质瘤干细胞成球能力及侵袭迁移能力并延长荷瘤鼠生存期。（3）胶质母细胞瘤细胞侵袭迁移过程中，存在着增殖表型和运动表型。miR-451可以通过调节 AMPK 的活性，进而调控 mTOR 及 Rac1 的活性，实现胶质瘤细胞增殖-迁移表型的转换，增强胶质瘤对各种微环境的适应能力。（4）联合抑制Rac1和RhoA通路可以使肿瘤细胞的间质运动和变形虫样运动都受到抑制，细胞的侵袭迁移能力明显降低。（5）对控制恶性胶质瘤迁移侵袭的关键信号分子进行了拓展研究，发现SOCE、LIMK1、ABL2、S100A4等信号分子对胶质母细胞瘤侵袭迁移的调控机制。本项目培养毕业13名研究生，其中10名硕士及3名博士；发表论文28篇，其中SCI论文11篇，另2篇英文论文投稿中；获得专利3项；在国际及国内学术会议上宣讲及报告10余次。本研究进一步阐明了恶性胶质瘤细胞在迁移运动中维持肿瘤干细胞表型并提高肿瘤侵袭迁移能力的调节机制以靶向抑制方案，为改善临床治疗提供了理论依据。