FOXO3a通过促进肿瘤干细胞样特性增强乳腺癌化疗耐药作用的机制研究

Chemotherapy resistant is a major obstacle to the effective treatment of breast cancer, while breast cancer stem cells play a pivotal role in chemotherapy resistance, tumour regeneration and metastasis. We have previously established a 5-Fu-resistant human breast cancer cell line MCF7/5-Fu with cancer stem cell phenotype. We found that FOXO3a transcription factor was significantly increased in 5-Fu-resistance cells, and interference of FOXO3a enhanced the sensitivity of cells to chemotherapeutic agents. Further studies showed that FOXO3a is correlation with breast cancer stem cell-like properties. Therefore, we propose that FOXO3a can enhance chemotherapy resistant in breast cancer via promoting cancer stem cell-like properties, a novel mechanism of FOXO3a in biological behavior of malignant tumors. Accordingly, the major objectives of this research are to evaluate the effects and mechanisms of FOXO3a regulates the breast cancer stem cell-like properties, clarify the central link and key molecule/signal in this process; and reveal the molecular mechanisms of abnormal expression of FOXO3a in breast cancer resistant cells and breast cancer stem-like cells; and then in combination with analysis of breast tumor tissue samples, assess the validity and feasibility for regarding FOXO3a as the molecular marker of breast chemotherapy resistance, tumor regeneration.

乳腺癌化疗耐药一直是限制其临床治疗效果的主要瓶颈，而乳腺癌干细胞则是造成乳腺癌耐药、复发转移的罪魁祸首。申请者在对课题组前期建立的具有乳腺癌干细胞样表型的乳腺癌多药耐药细胞系（MCF-7/5-Fu）研究发现：转录因子FOXO3a在耐药细胞中显著高表达且主要定位于细胞核，干扰FOXO3a可增强耐药细胞对化疗药物的敏感性。进一步实验显示，FOXO3a高表达与乳腺癌干细胞样特性相关。据此，我们提出FOXO3a促进肿瘤恶性生物学行为的新机制，即FOXO3a通过促进肿瘤干细胞样特性增强乳腺癌化疗耐药作用。本项目拟在前期工作基础上，通过多个层面解析FOXO3a促进乳腺癌干细胞样特性的内在机制，阐明此过程中的核心环节及关键分子/信号；揭示FOXO3a在乳腺癌耐药细胞及乳腺癌干细胞中异常表达的分子机制；结合乳腺癌临床标本分析，探求并评价FOXO3a作为乳腺癌化疗耐药、复发标志物的有效性和可行性。

FOXO3a是叉头转录因子O亚家族重要成员，其作为转录因子能调控众多下游靶基因表达，在肿瘤发生发展中发挥关键性作用。本课题综合运用分子生物学、细胞生物学的多种研究手段在多种乳腺癌细胞系及小鼠模型中研究FOXO3a调控乳腺癌干细胞特性及化疗耐药的作用机制及其临床意义。结果发现：1）FOXO3a 启动子异常甲基化导致其在乳腺癌细胞、组织中下调表达，且FOXO3a表达与乳腺癌临床分期、淋巴结浸润相关及乳腺癌患者预后负相关；2）体内、外实验分析发现敲除FOXO3a 能够促进乳腺癌细胞增殖、侵袭转移、微球体形成，并增加CD44+CD24-/low及ALDH+细胞群比例，以及促进裸鼠体内成瘤能力及移植瘤生长，而过表达FOXO3a则抑制乳腺癌细胞微球体形成，并减少CD44+CD24-/low及ALDH+细胞群比例；3）FOXO3a通过FOXM1依赖的方式抑制SOX2的表达而参与调控乳腺癌干细胞特性，且FOXO3a与FOXM1、SOX2表达在乳腺癌组织中负相关。4）另一方面，我们发现在HER2+乳腺癌细胞，激活FOXO3a 能够反馈上调HER3的表达而介导酪氨酸激酶抑制剂（TKI）治疗耐受。综上所述，本研究明确了FOXO3a调控乳腺癌干细胞特性的作用并解析相关作用机制，为阐明FOXO3a 在肿瘤发生发展中的作用提供了新机制；此外，我们发现FOXO3a能负反馈介导TKI治疗耐受，为以FOXO3a 靶点的抗肿瘤策略的潜在风险提供了实验基础。