在MGMT启动子不同甲基化状态下，MGMT对YKL-40调控胶质母细胞瘤干细胞“干性”作用的机制研究

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most fetal tumor in human central nervous system. Despite the standard treatment-consisting of surgery followed by chemotherapy and radiotherapy, the prognosis remains poor in GBM patients. From literature reviews: O6-methylguanine-DNA methyltrasferase (MGMT) is a highly conservative DNA repair enzyme. Patients whose tumors show methylation of MGMT promoter have survival benefit derived from combined radiotherapy and chemotherapy. However, the mechanisms remained largely unclear. Our published data indicated that YKL-40 was closely related with the malignancy of GBM with the involvement of MAPK pathway. Recently, we have successfully established glioblastoma stem cells (GSCs) in different MGMT promoter methylation status in culture. We further compared the different function played by YKL-40 in GSCs. Thereafter, we hypothesized that MGMT may act an important role in the whole process. The project is designed to investigate the mechanisms of MGMT in regulation of YKL-40 in the "stemness" of GSCs according to its MGMT promoter methylation status. It is supposed to provide “personalized” therapeutic strategies for GBM patients. Herein, the study has critical and profound social significance.

人脑胶质母细胞瘤是恶性程度最高的一类中枢神经系统肿瘤。国际上采用以手术切除为主，放、化疗为辅的标准化治疗方式，但患者的生存期未得到显著改善。大量的文献回顾证明：MGMT作为一种高度保守的DNA修复酶，其启动子的甲基化有益于胶质母细胞瘤患者术后放、化疗的疗效，但其具体机制远未明了。我们已发表的研究表明：YKL-40与胶质母细胞瘤的恶性演进密切相关，MAPK信号通路参与其中。我们最近在体外成功分离培养了MGMT启动子不同甲基化状态的胶质母细胞瘤干细胞，进而比对分析了 YKL-40在其 “干性”中所行使的不同功能。我们假设MGMT参与了这一过程并扮演了重要角色。本课题拟在此研究基础上，通过体外及体内实验，着重探讨在MGMT启动子的不同甲基化背景下，MGMT对YKL-40调控胶质母细胞瘤干细胞“干性”作用的机制。这些研究将有益于对胶质母细胞瘤患者“个性化”综合治疗的开展，具有重大而深远的社会意义。

脑胶质母细胞瘤是人类中枢神经系统中最为常见、恶性程度最高的一种颅内肿瘤，约占所有颅内肿瘤的12-15%。我们的前期研究发现：在MGMT启动子的不同甲基化状态下，YKL-40基因在胶质母细胞瘤干细胞中行使不同的功能。在MGMT启动子甲基化状态下，YKL-40在胶质母细胞瘤干细胞中扮演“抗肿瘤”角色；在MGMT启动子非甲基化状态下，其扮演“促肿瘤”角色。国际上现有的相关研究，主要集中在将YKL-40作为一种间质型胶质母细胞瘤的标记物，深入探究YKL-40与胶质母细胞瘤干细胞“干性”的关系，将有助于揭示胶质母细胞瘤的恶性演进机理。本项目的主要研究内容旨在通过体外及体内实验，分别从胶质母细胞瘤干细胞行为学和分子生物学层面，重点探讨在MGMT启动子的不同甲基化背景下，MGMT对YKL-40调控胶质母细胞瘤干细胞“干性”作用的机制，以进一步明确YKL-40对胶质母细胞瘤干细胞“干性”的调控机理。我们的研究结果表明：（1）在MGMT启动子的不同甲基化状态下，YKL-40基因在胶质母细胞瘤干细胞“干性”中行使的不同功能是通过MAPK信号通路完成的；（2）在MGMT启动子的不同甲基化状态下，YKL-40参与了临床一线化疗药物替莫唑胺对肿瘤干细胞的不同杀伤作用。在MGMT甲基化肿瘤干细胞中，YKL-40促进了替莫唑胺对肿瘤干细胞的杀伤作用；而在MGMT非甲基化肿瘤干细胞中，YKL-40抑制了替莫唑胺对肿瘤干细胞的杀伤作用；（3）在MGMT启动子的不同甲基化状态下，YKL-40所参与的替莫唑胺对胶质母细胞瘤干细胞药敏性差异，其具体分子机制是通过DNA损伤相关通路DDR实现的。本项研究所取得的进展和成果，提示肿瘤的表观遗传学背景对基因功能而言是非常重要的“土壤”，有助于我们更加深入地认识胶质母细胞瘤干细胞的恶性生物学特性，有益于临床上针对胶质母细胞瘤患者“个性化”综合治疗的开展。与此同时，更能发人深省，引领我们以哲学中“一分为二”的思想，辩证地看待基因在疾病中的功能，为将来攻克更多种类的人类顽疾提供强有力的理论支持。具有重要而深远的科学与社会意义。