电离辐射诱导CSCs生成在肺腺癌辐射抗性中的作用及其调控机制研究

Cancer stem cells (CSCs) possess intrinsic resistance to radiation, and are responsible for cancer recurrence and metastasis after radiotherapy. Many studies have proved that non-stem (adult) cancer cells could dedifferentiate into CSCs after undergoing epithelial-mesenchymal transition (EMT). Many research groups, including our team, showed that ionizing radiation could induce lung adenocarcinoma cells (A549) to undergo EMT, and activated the IL-6/JAK2/STAT3 pathway which can regulate the stemness of CSCs. These results suggest that ionizing radiation may transform non-stem A549 cells into stem A549 cells through inducing EMT, which endows radiation resistance to non-stem A549 cells. This may be a novel mechanism through which tumor cells become radioresistant. To confirm the hypothesis, we will study on the effect of ionizing radiation on stem characteristics of non-stem lung adencarcinoma cells and investigate the radiation sensitivity, tumorigenesis and metastasis of stemness-transforming lung adencarcinoma cells using spherogenesis assay, in vivo tumorigenesis and metastasis assays. Finally, we will study the role of IL-6/JAK2/STAT3 pathway in radiation-induced stemness transformation of non-stem lung adencarcinoma cells to provide potential therapeutic targets.

肿瘤干细胞（CSCs）对放疗具有内在抗性，是导致肿瘤放疗后复发和转移的关键。研究证实，非干性（成体）肿瘤细胞经上皮间质转化（EMT）后可去分化为CSCs。包括本课题组在内的大量研究显示，电离辐射可诱导肺腺癌A549 细胞发生EMT，同时还激活细胞内参与肿瘤干细胞调控的IL-6/JAK2/STAT3通路，提示电离辐射可能会诱导成体A549 细胞经EMT 过程转变为干性A549 细胞，从而使成体肿瘤细胞获得辐射抗性，这可能一个新的辐射抗性产生机制。为证实该假说，本项目以肺腺癌A549、SPC-A1 和Calu-3 细胞为研究对象，采用克隆球形成实验、体内致瘤实验等方法，研究电离辐射对成体肺腺癌细胞干性特征影响，并进一步检测干性转变后肿瘤细胞辐射敏感性、致瘤能力和侵袭转移能力变化。最后，我们将探讨IL-6/JAK2/STAT3通路在辐射诱导肺腺癌细胞干性转变中的作用，从而寻找潜在治疗靶点。

肿瘤组织中的肿瘤干细胞（CSCs）对辐射具有内在抗性，因而能在放疗后存活下来，导致肿瘤复发和转移，但是肿瘤细胞辐射抗性产生机制还不甚清楚。本研究利用抗肺腺癌干细胞表面标志物CD133抗体标记磁珠，从肺腺癌A549细胞中分离出非干性A549细胞，即成体A549细胞，在对其进行2和4 Gy X射线照射后，利用克隆球形成实验、流式细胞术、western blot等方法，检测细胞克隆球形成能力、CD133及CSCs特异基因表达，评价细胞干性特征获得情况；利用克隆形成率实验、transwell侵袭实验、裸鼠皮下成瘤实验和尾静脉注射脏器转移实验，检测细胞的辐射耐受性、体外侵袭、体内成瘤及脏器转移能力；利用IL-6中和抗体、JAK2激酶抑制剂和STAT3-shRNA等方法，阻断IL-6/JAK2/STAT3信号通路，研究其在辐射诱导肺腺癌细胞干性转变中的作用。本研究发现，电离辐射促进成体肺腺癌细胞获得干性特征，表现为X射线照射后成体A549细胞克隆球形成能力、干性特异基因CD133、SOX2和Oct3/4表达显著升高。接下来研究发现，干性转变（CD133+）A549细胞在受到 2、4和6 Gy X射线照射后，其克隆存活能力较成体（CD133-）A549细胞显著提高，表明其具有更强的辐射耐受性。进一步研究发现，干性转变A549细胞侵袭能力、皮下成瘤能力及肺转移能力均显著高于成体A549细胞。最后，X射线照射可激活成体A549细胞内的IL-6/JAK2/STAT3信号通路，表现为IL-6分泌及磷酸化JAK2和STAT3表达水平显著升高，而重组IL-6刺激可模拟电离辐射诱导的成体A549细胞干性转变。IL-6、JAK2或STAT3抑制，均可阻断辐射诱导的成体A549细胞干性转变。上述研究结果表明，电离辐射可通过激活IL-6/JAK2/STAT3信号通路诱导已分化的成体肺腺癌细胞发生去分化，转变为CSCs，从而获得辐射抗性，同时具有更高的侵袭、转移和致瘤能力。这是肿瘤辐射抗性生成的一种新机制，通过该机制，肿瘤细胞可提高自身在放疗后存活的几率，同时由于其具有高侵袭、转移和致瘤能力，继而在放疗后肿瘤复发和转移中发挥作用。放疗联合IL-6/JAK2/STAT3通路靶向治疗，有望通过阻断CSCs的生成，提高肺腺癌患者的治疗效果。