β-catenin线粒体转位及其在结直肠癌干细胞自我更新中的作用机制研究

Colorectal cancer stem cells (CCSCs) are involved in the metastasis, recurrence and drug resistance of colorectal cancer (CRC). Target-eradicating CCSCs becomes a premise for treatment of CRC. The Wnt pathway plays a critical role in the self-renewal of CCSCs. However, the effects of the Wnt pathway in this process on the mitochondrial function and energy metabolism are yet to be further understood. We previously found that the expression of β-catenin in the mitochondrion was significant increased in CCSCs using affinity chromatography tandem mass spectrometry，which suggests that mitochondrial β-catenin may play important roles in mitochondrial gene transcription and energy metabolism of CCSCs. However, the function of β-catenin targeting to mitochondrion was not reported so far. Based on the previous results, we aimed to investigate the roles of β-catenin targeting to mitochondrion in the self-renewal of CCSCs, identify the critical candidate molecules of β-catenin in the mitochondrion, clarify the effects of mitochondrial β-catenin and its targeting genes on the energy metabolism of mitochondrion, investigate the clinical significance of targeting genes regulated by mitochondrial β-catenin in the treatment of CRC. Our study will provide a new target and idea for the treatment of CRC.

肿瘤干细胞是结直肠癌转移、复发和抗药性的主要原因之一。靶向清除结直肠癌干细胞(CCSCs)是改善结直肠癌治疗的关键。Wnt通路在CCSCs自我更新中起重要作用，然Wnt通路调控CCSCs自我更新过程中对线粒体功能和能量代谢作用尚需明了。我们在前期研究中用质谱分析筛检CCSCs线粒体差异表达蛋白特征时，发现CCSCs线粒体中β-catenin含量显著增高，提示线粒体定位的β-catenin可能还调控了CCSCs线粒体基因转录和能量代谢。然迄今尚无线粒体定位β-catenin分子功能的相关研究。本课题拟在前期研究的基础上进一步鉴定线粒体定位β-catenin对CCSCs自我更新的影响及其关键靶蛋白；确定线粒体定位β-catenin及其下游靶基因对线粒体能量代谢的影响和探讨线粒体定位β-catenin调控的靶基因在结直肠癌治疗中的临床意义。通过本课题的研究将为结直肠癌的治疗提供新的靶点与思路。

结直肠癌是常见的恶性肿瘤，占癌症相关死因的第三位。每年有超过120万的新增病人和600,000的死亡病例。研究发现，肿瘤干细胞是结直肠癌转移、复发和抗药性的主要原因之一。因此，靶向清除结直肠癌干细胞（CCSCs）是改善结直肠癌治疗的关键。大量研究发现，Wnt通路在CCSCs自我更新中发挥重要作用。然而，Wnt通路在CCSCs中的作用机制和促进CCSCs自我更新的关键作用靶点，以及对CCSCs自我更新过程中的能量代谢影响尚不清楚。我们通过质谱分析筛检CCSCs线粒体差异表达蛋白时，发现CCSCs线粒体内β-catenin表达显著增高。我们通过Western blot检测了SW480和SW620无血清培养富集的克隆球细胞，发现线粒体定位β-catenin表达显著增高。利用流式细胞荧光分选技术（FACS）分选的CCSCs中线粒体内β-catenin表达增加。以上结果提示线粒体定位β-catenin可能在调控CCSCs自我更新中发挥作用。为研究线粒体定位β-catenin在CCSCs自我更新中的作用，我们通过慢病毒转染成功构建稳定过表达线粒体定位β-catenin的结直肠癌细胞系。结果发现，过表达线粒体定位β-catenin的结直肠癌细胞系中iPS因子表达升高，对化疗药物奥沙利铂的耐药性增加，克隆球形成能力增强，增加了NOD/SCID小鼠的致瘤能力。上述结果表明，过表达线粒体定位β-catenin增强了结直肠癌细胞的自我更新能力。此外，我们发现线粒体定位β-catenin调控CCSCs的能量代谢。稳定表达线粒体定位β-catenin可引起CCSCs胞外酸化率（ECAR）呈现上升趋势，氧消耗率（OCR）呈现下降趋势。通过本课题的研究将为结直肠癌的治疗提供新的靶点和思路。