PIWIL2/piR-932促进乳腺癌细胞上皮-间质转化诱导细胞“干性”转化的机制研究

Breast cancer stem cells might play an important role in metastasis or recurrence of breast cancer. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is thought to be the beginning of metastasis. In our previous research, we found that up-expression of PIWIL2 in breast cancer which suggests poor prognosis. We also found that PIWIL2 and piR-932 have regulating effect on EMT of breast cancer stem cells. With references and our work, we propose the hypothesis: PIWI2/piR-932 could induce stemness transformation in breast cancer cells by promoting EMT. To prove that, we use clinical samples to observe the correlation between PIWIL2/piR-932 and EMT signal with prognosis or recurrence of breast cancer. Furthermore, we separate non-stemness CD44-CD24+ cancer cells, over-express PIWIL2/piR-932 in the cells, and observe whether the EMT and stemness transformation are improved. On the contrary, we interfere the expression of PIWIL2 and piR-932, and watch changes of EMT, the metastasis ability and stem cell markers in CD44+CD24- cancer cells. We comprehensively regulate Latexin expression to investigate the effect on stemness maintenance in breast cancer stem cells. This study will offer potential target and evidence for breast-cancer-stem-cell-targeting therapy from the point of PIWIL2/piR-932.

肿瘤干细胞是肿瘤复发与转移的机制之一。上皮-间质转化（EMT）是肿瘤转移的起始。申请人前期研究证实PIWIL2为乳腺癌独立预后因素；在EMT化乳腺癌干细胞中PIWIL2和piR-932表达增高，二者结合后发挥正向调节EMT的生物学作用。因此，我们设想：PIWIL2和piR-932可能通过促进乳腺癌细胞EMT而诱导其获得“干性”，甚至转变为乳腺癌干细胞。为证实该设想，课题组拟通过临床标本、乳腺癌细胞系和动物模型，分析PIWIL2和piR-932表达的临床意义，研究PIWIL2和piR-932对乳腺癌干细胞的调控作用及机制，明晰PIWIL2和piR-932诱导乳腺癌细胞获得“干性”甚至转变为乳腺癌干细胞的生物学过程。本课题以乳腺癌干细胞为研究对象，以其来源为切入点，系统研究PIWIL2和piR-932对乳腺癌干细胞的作用及机制，为乳腺癌干细胞的来源提供理论依据，为乳腺癌的靶向治疗寻找靶点。

在全球范围内，乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，严重影响着女性的生存时间和生活质量。手术后的复发和转移是乳腺癌的主要死因，而乳腺癌肿瘤干细胞被认为是复发和转移的源泉。三阴性乳腺癌由于缺乏具有针对性的治疗手段，治疗效果仍不理想。我们借助高通量测序、分子生物学检测、计算机辅助生物信息大数据处理等技术手段，在三阴性乳腺癌患者血液和病理标本、乳腺癌细胞系、小鼠模型等多层面上，围绕三阴性乳腺癌的复发转移机制与PIWIL2蛋白在其中所发挥的生物学功能开展研究。我们研究发现PIWIL2蛋白在三阴性乳腺癌组织、MDA-MB-231细胞系中的表达水平较低，而在复发和转移性乳腺癌组织、乳腺癌术后患者的刀口引流液及复发和转移性乳腺癌患者的血清中的表达水平显著增高。敲除PIWIL2可致乳腺癌细胞死亡，难以传代；过表达PIWIL2的乳腺癌细胞生长正常。进一步实验显示：过表达组细胞的增殖、迁移及侵袭能力显著增强；凋亡细胞所占比例明显下降；S期细胞所占比例显著增高；耐药性，尤其是对紫杉类药物的耐药性明显增加；CD44+CD24-乳腺癌干细胞比率明显升高；在裸鼠皮下形成的移植瘤重量明显增加。同时，我们发现IL-6可上调三阴性乳腺癌中PIWIL2的表达，过表达PIWIL2则可促进IL-6的分泌，进而调控乳腺癌细胞干性转化等恶性生物学行为。PIWIL2需与piRNAs结合而发挥生物学功能，piRNA芯片结果提示PIWIL2的生物学行为机制可能与癌症信号通路、免疫调节、细胞粘附、外泌体等有关。上述实验结果提示我们：PIWIL2可应答IL-6等肿瘤微环境因子的改变并放大其生物学效应，在微环境与肿瘤细胞之间构建恶性信号的正反馈环路，并可通过外泌体调控临近肿瘤细胞和远隔器官微环境，激活复发和转移。为进一步分析PIWIL2可能的生物学机制，我们应用二代测序、RNA-seq等高通量检测手段，并对检测结果进行综合分析；在分析过程中，我们与计算机方面的专家交叉合作，利用大型计算机的超高速计算性能，从全基因组的角度入手，尝试创新了高通量检测数据的分析模式，使结果更加全面、准确，并取得了初步的成果。我们将该成果应用于PIWIL2分子机制、信号通路及基因调控网络的分析之中。未来，我们将进一步验证调控网络中关键基因的生物学功能并开发靶向抑制剂药物，探寻三阴性乳腺癌的治疗靶点，为三阴性乳腺癌复发和转移的防治提供理论依据和实验参考。