Notch信号途径在人胶质瘤干细胞干性维持中的作用及分子机制研究

Recurrence is the main cause of poor prognosis of glioblastoma multiforme (GBM). Glioma stem cells are believed to be the root of recurrence and the potential target of treatment. Notch signal controls proliferation and differentiation of different stem cells in the body. Previously we found that Notch signal plays key role in maintenance of stemness of glioma stem cells (GSCs) and inhibition of Notch signal can promote differentiation of GSCs. Based on previous results, we aimed to compare difference between primary and secondary GBM about expression of gene and exon, investigate expression of key targets of Notch signal in primary and secondary GBM and compare the difference. The effects of Notch signal on genesis, maintenance, proliferation and differentiation of GSCs will be investigated by inhibition and over-expression of Notch signal. From the study, we aim to find further molecular mechanism about the effect of Notch signal on and new treatment methods about GSCs.

复发是影响胶质母细胞瘤临床疗效的最重要原因，胶质瘤干细胞（GSCs）被认为是胶质瘤复发的根源，因此被视为恶性肿瘤治疗的潜在靶点。Notch信号途径在体内广泛参与多种正常干细胞的增殖和分化的调控。本课题组近来发现Notch信号途径是维持GSCs干性的关键信号途径，阻断Notch信号途径能够促进GSCs的分化。本研究拟在以往工作的基础上，以原发性和继发性胶质母细胞瘤中的GSCs为对象，并比较二者的基因和外显子表达差异，分析Notch信号途径的主要分子在不同类型人GSCs中的表达，系统探讨Notch信号途径阻断和过度活化对GSCs的产生、维持、增殖和分化等细胞生物学行为的影响，进而深入研究Notch信号途径影响GSCs的可能分子机制。这些研究对于深入理解GSCs调控的分子机制和Notch信号的调控作用，以及建立针对Notch信号途径的GSCs干预措施，具有重要意义。

神经胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，其中70%为恶性胶质瘤（WHO Ⅲ、Ⅳ级）。在过去30年间，虽然对胶质瘤的发病机制进行了大量研究，但是胶质瘤患者的临床预后并没有得到根本改善。复发是影响胶质瘤患者临床预后的根本原因，而且复发胶质瘤常伴有恶性等级升高、对放射治疗敏感性降低以及对化疗药物产生耐药。目前已经发现，在人神经胶质瘤中存在具有神经干细胞特征的肿瘤细胞，即胶质瘤干细胞（glioma stem cells, GSCs），这些细胞不仅能够自我增殖和多向分化，而且具有耐药、耐辐射等特点，被视为是胶质瘤产生和复发的根源。然而，GSCs在胶质瘤复发过程中的调控并不完全清楚。因此寻找到调控GSCs生物学特性的关键信号通路和核心调控分子是对其进行干预，解决胶质瘤复发的重要前提。我们探讨了Notch信号及其潜在的靶向Twist1在5个匹配的原发性和复发性胶质母细胞瘤患者源性干细胞（GSCs）中的作用。在这些基因中，我们观察到原发性和复发性GSC的Twist1显著上调。采用定量PCR和western blot检测NICD、Notch拮抗剂和Twist1-shRNA处理的细胞内Notch结构域（NICD）和Twist1的表达，探讨其作用机制。通过细胞增殖、神经球形成、细胞迁移和体内实验，评价Notch/Twist1的生物学功能。通过荧光素酶报告和染色质免疫沉淀分析，确定NICD的Twist 1可能的结合位点。结果表明，胶质母细胞瘤来源的GSCs具有较强的干细胞和多向分化能力。Notch信号的调节导致Twist1的阳性调节，从而控制GSCs细胞的增殖和侵袭。Twist1基因沉默可明显抑制NICD对GSCs的加速作用，从而抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长。Notch/Twist1的作用机理分析表明，NICD能直接与Twist1启动子中的RBPJK结合，有助于调控GSCs的生物学行为。综上所述，这些结果提示Notch信号通过直接靶向Twist1参与胶质瘤的进展。本研究对建立针对 Notch 信号途径的GSCs干预措施，降低胶质瘤的复发率提供了依据。