肿瘤微环境调控肝癌干细胞休眠与激活的机制研究

In previous study, we established an indolent tumor model by subcutaneously injecting a certain number of tumor cells in nude mice, which showing that these latent tumor forms a characteristic spheroid structure with nucleus, membrane and outer capsule parts. In the membrane part, high proportion of cancer stem cells (CSC) sustain the tumor dormancy with a delicate dynamic balance of proliferation and apoptosis through asymmetric cell division. Therefore, we believe that CSC plays a crucial role in tumor dormancy and relapse. To identify the mediators of tumor relapse, human primary cancer tissues were subcutaneously transplanted into the left side of nude mice. Results showed that about one third of human cancer tissues could induce tumor recurrence. We suppose that tumor microenvironment changed by xenograft tumor induces tumor relapse though regulating CSC self-renew. Hence, our research will focus on three points: 1) to further analyze the regulation of CSC by tumor microenvironment in latent tumor; 2) to identify the tumor recurrence-associated factor and study the mechanism of CSC activation; 3) to study the possibility of preventing recurrence by neutralizing monoclonal antibodies or small molecule inhibitors targeting the recurrence-associated factor.

在前期研究中我们通过在裸鼠皮下种植有限数量的肿瘤细胞建立了一种稳定可靠的肿瘤休眠模型，并发现休眠肿瘤维持一个典型的球型结构：中间一个空腔，外围是包膜包裹的几层肿瘤细胞。通过对存活的肿瘤细胞的特征分析，发现休眠肿瘤中含有较高比例的肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC），并且这些CSC是以不对称分裂的方式长期维持着肿瘤细胞增殖与凋亡的动态平衡。我们认为CSC可能在肿瘤休眠与复发的过程中扮演重要角色。后续的研究发现在裸鼠皮下异种移植人的新鲜的肿瘤组织可以诱导休眠的肿瘤复发。因此，我们推测异种移植瘤引起了肿瘤微环境的改变，通过激活休眠肿瘤中的CSC，继而导致肿瘤复发。今后我们的研究将围绕：1）进一步探究肿瘤微环境对CSC休眠的调控机制；2）鉴定肿瘤微环境中导致肿瘤复发的风险因子，并研究其对CSC激活的调控机制；3）探索利用中和抗体或小分子抑制剂阻断复发因子来预防肿瘤复发的可行性。

在实体肿瘤复发的早期阶段，血管生成是必不可少的，然而休眠肿瘤在血管生成前被激活的机理尚未阐明。在本项目中，我们偶然发现了一个有趣的现象，即在小鼠皮下移植的人源肿瘤组织可以激活休眠的肿瘤。我们进一步发现，高水平的胰岛素样生长因子1（IGF-1）是诱导休眠肿瘤复发的主要风险因子。该休眠肿瘤的特点是生长停滞、无血管、增殖和凋亡细胞处于平衡状态，并与进展性肿瘤相比，肿瘤干细胞（CSCs）在休眠肿瘤中高度富集。通过机制研究发现，高水平的IGF-1通过激活PI3K/Akt/β-catenin信号轴，促进CSCs从不对称细胞分裂向对称细胞分裂转变。此外，IGF-1通过激活CSCs产生CXCL1和PlGF细胞因子，促进血管生成，从而导致肿瘤复发。临床上，患者血清中高水平的IGF-1是肿瘤复发的一个风险因素，并预示着患者的不良预后。最后，我们在小鼠移植瘤模型中证实用中和性抗体阻断IGF-1或CXCL1/PlGF可阻止休眠肿瘤复发。因此，本项目发现IGF-1诱导的CSCs激活是血管生成前癌症复发起始的关键检查点，靶向血清IGF-1可能是一种有希望的预防肿瘤患者复发的治疗策略。