间充质干细胞通过细胞融合调控肺癌转移的表观遗传机制研究

Cell fusion is one of the common phenomenon in the tumor progression. Mesenchymal stem cells (MSCs) are involved in the metastasis of malignant tumors through cell fusion. However, the role of mesenchymal stem cell fusion in tumor metastasis is controversial. DNA methylation and hydroxymethylation are two important processes of epigenetic regulation, which may play an important role in the regulation of EMT in malignant tumors. We have previously established cell fusion model between lung cancer cells and mesenchymal stem cells. Our preliminary results demonstrated that the proliferation and migration abilities of fusion cells and the expression levels of DNA modification-related enzymes were changed significantly. Therefore, we speculate that cell fusion may affect tumor metastasis by changing DNA epigenetic modification, but its molecular mechanism is not clear. In this study, we will elucidate the functional roles and mechanistic regulation of cell fusion in the tumor metastasis by determining the expressions of EMT markers and the changes of signaling pathways. In addition, we will clarify the relationship between cell fusion and DNA hydroxymethylation by measuring the changes of 5mC and 5hmC content in the fusion cells. Then we further intend to explore the molecular mechanisms of cell fusion in tumor metastasis and DNA hydroxymethylation from the whole genome and transcriptome levels through hMeDIP-Seq and RNA-Seq analysis. This research is expected to reveal the epigenetic regulation mechanism in the tumor metastasis through cell fusion, and also provide a new strategy for tumor diagnosis and therapy.

细胞融合是肿瘤发生发展过程中常见现象之一，间充质干细胞（MSC）可通过细胞融合参与恶性肿瘤的转移，但在肿瘤转移中的作用存在一定争议。DNA甲基化与羟甲基化是表观遗传调控的两种重要方式，在调控恶性肿瘤发生EMT过程中发挥重要作用。我们前期建立了肺癌细胞-间充质干细胞融合模型，研究显示细胞的增殖转移能力和DNA表观修饰相关酶的表达发生显著改变，因此我们推测细胞融合可能通过改变DNA表观修饰影响肿瘤转移，但具体的调控机制尚不清楚。本项目拟通过测定EMT标志物表达和信号通路变化，阐明细胞融合调控肿瘤转移的分子机制；此外通过测定融合细胞中5mC和5hmC含量变化，明确细胞融合与DNA羟甲基化的作用关系；进一步通过hMeDIP-Seq和RNA-Seq从全基因组和转录组水平探索细胞融合调控肿瘤转移和DNA羟甲基化的分子机制。本研究预期将揭示细胞融合调控肿瘤转移的表观遗传机制，为肿瘤的诊断治疗提供新策略。

细胞融合是肿瘤发生发展过程中常见现象之一，肿瘤细胞融合理论被认为是肿瘤转移的一种新机制。研究表明间充质干细胞（MSC）可通过细胞融合参与恶性肿瘤的发生转移，但在肿瘤转移中的作用存在一定争议。目前关于细胞融合与肿瘤转移的关系及对其关键的分子调控机制仍不太清楚。本项目通过PEG诱导和流式分选方法建立间充质干细胞-肺癌细胞融合模型，研究发现融合细胞的增殖和成瘤能力下降，而侵袭和转移能力增加，MSC融合对肺癌细胞生长和转移的作用相反。同时融合细胞形态变得像纤维细胞一样细长，EMT上皮标志物表达降低，间质标志物和多种转录因子表达升高，提示融合细胞发生了EMT。此外，对其干性鉴定发现融合细胞高表达肺癌干细胞标志物CD133和CD44，以及干细胞转录因子Oct4、Sox2、Nanog、Klf4和Bmi1。融合细胞还高表达肿瘤多药耐药性基因ABCC1和ABCG2，获得了更强的耐药性。我们的结果证实MSC与肺癌细胞融合通过诱发EMT，不仅使融合细胞转移能力增强，而且还获得了干细胞样特征，形成的是肺癌干细胞，验证了我们提出的新假说：肿瘤干细胞来源于MSC与肿瘤细胞的融合。EMT是细胞融合与肿瘤干细胞之间的连接桥梁，本研究也为肿瘤干细胞的来源提供了一种新的解释。其次，研究发现MSC与肺癌细胞融合后，DNA羟甲基化酶TET1、TET2和TET3表达升高，DNA甲基转移酶DNMT1、DNMT3A和DNMT3B表达下降，而DNA甲基结合蛋白MeCP2和MBD1表达增加，但未引起全基因组DNA甲基化和羟甲基化水平的改变，提示细胞融合是通过改变表观遗传修饰相关酶的表达调控肿瘤发生转移。最后，我们还建立了巨噬细胞-乳腺癌细胞融合模型，对此模型研究发现融合细胞的增殖、迁移和侵袭能力明显增强，而且转移相关的基因MMP-2、MMP-9、uPA和S100A4表达也升高。同时EMT标志物表达发生明显变化，而且EMT相关的Wnt/β-catenin、PI3K/AKT和MAPK/ERK信号通路在融合细胞中是激活的，这说明巨噬细胞与乳腺癌细胞融合通过激活多条信号通路诱发EMT促进乳腺癌增殖转移。我们的研究首次从信号通路调控角度证实了细胞融合促进肿瘤转移的分子机制。本项目执行为明确细胞融合在肿瘤转移和生物治疗中的作用机制提供了新的理论基础。