HDAC3调控CD133+肝前体细胞向肿瘤起始细胞转化的作用研究

CD133+ hepatic progenitor cells are activated in chronic injured liver, and are widely regarded as the cancer stem cells of HCC. CD133+ cells are closely correlated with the tumorigenesis and development as well as other malignant behaviors of HCC. However, due to the lack of in vivo tracing method,it is still required to directly demonstrate that CD133+ cells are the tumor-initiating cells (TICs) of HCC. In previous study, we found that in the hepatocyte-specific histone deacetylase 3 (HDAC3) gene deficient mice, the hepatocytes are progressively injured and loss the regenerative capacity. CD133+ cells were dramatically activated, therefore, to compensate the loss of hepatocytes and even compensate the liver regeneration after partial hepatectomy. Spontaneous HCC were found in all the Hdac3-/- mice at the age of approximately 10 month. The uncontrolled activation of CD133+ cells are believed to closely relate to the occurrence of the HCC, therefore, this transgenic mouse provides an excellent model for the study of the TICs of HCC. HDAC3 play a crucial role in the maintenace of chromatin structure and genome stability, in Hdac3-/- mice, the deficiency of HDAC3 is also speculated an important cause of the damage and malignant transformation of CD133+ cells. In this study we aim to directly demonstrate that CD133+ cells are the TICs of HCC, using allogeneic cell transplantation experiments, and to explore the molecular mechanism of HDAC3 in mediating the injury and malignant transformation of CD133+cells.

CD133+肝前体细胞在持续性肝损伤时活化，被广泛视作肝细胞肝癌（HCC）的"肿瘤干细胞"，与HCC发生及多种恶性行为有关。然而，因无法在体内示踪，迄今仍未直接证明CD133+细胞就是HCC的肿瘤起源细胞（TICs）。我们前期研究发现，肝脏特异敲除组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）基因后，小鼠肝细胞持续损伤并丧失再生能力，CD133+细胞则异常活化，以代偿丢失的肝细胞并在部分肝切除后完成肝再生。Hdac3-/-小鼠最终自发HCC，显然与CD133+细胞异常活化密切相关，为研究HCC的TICs提供了极佳模型。HDAC3对维持染色质结构和基因组稳定至关重要，CD133+细胞同样也有HDAC3的缺失，这可能是导致其自身损伤及恶性转化的重要原因。本研究将利用转基因小鼠间异体细胞移植实验，以期直接证明CD133+细胞是HCC的TICs，进而探讨HDAC3介导CD133+细胞损伤及恶性转化的分子机制。

CD133+肝前体细胞在持续性肝损伤时活化，被广泛视作肝细胞肝癌（HCC）的“肿瘤干细胞”，但CD133+细胞是如何发生恶性转化的并不清楚。组蛋白去乙酰化酶（HDACs），尤其是HDAC3 对维持染色质结构和基因组稳定至关重要。肝脏特异敲除HDAC3基因后，小鼠肝细胞持续损伤并丧失再生能力，CD133+细胞则异常活化，以代偿丢失的肝细胞并在部分肝切除后完成肝再生，而CD133+细胞的HDAC3缺失可能是导致其自身损伤及恶性转化的重要原因。本研究利用转基因小鼠间异体细胞移植实验，以期直接证明CD133+细胞是HCC 的起始细胞，进而探讨HDAC3 介导CD133+细胞损伤及恶性转化的分子机制。本研究我们揭示了HDAC1,2,3,8在HCC中的差异表达，阐明了各自在肝细胞DNA损伤修复中的作用及其机制。发现HDAC3诱导性敲除导致肝细胞再生受损，首次揭示了HDAC3在胞浆内可通过调控STAT3的磷酸化-乙酰化转化，从而调控IL-6信号通路在肝再生中的活化。首次揭示了HDAC3特异性催化H3K9的去乙酰化，使其变为H3K9me3，后者在DNA受损修复中起关键核心作用。HDAC3的缺失将导致持续性H3K9ac高乙酰化，一方面抑制DNA损伤修复，另一方面H3K9ac作为转录活化因子，又激活多个癌基因的转录，发生“转录重编程”，造成细胞恶性转化。因此，HDAC3在DNA损伤修复和转录重编程中起重要的桥梁作用，其异常表达与HCC发生密切相关。我们证实了HDAC3缺失的HPCs的确是肿瘤的起始细胞，但究竟是HPCs直接分化为肝癌细胞，还是先分化为成熟肝细胞，随着损伤积累，再发生恶性转化，还不得而知。但根据我们的推测，更倾向于HPCs先成熟再恶性转化。在本项目研究基础上，我们提出新的设想，获批新的国家自然科学基金面上项目一项（Class I HDACs介导的DNA损伤修复和转录重编程在肝癌发生中的作用研究81872019，2019.01-2022.12），将帮助我们进一步探索Class I HDAC3在肝癌发生发展中的关键作用。本项目已发表SCI论文三篇，中文核心期刊论文两篇。另有一篇论文投Cancer Research，已修回。两次参与国际学术会议交流，多次国内会议交流。项目完成全部计划任务，达到预期目标。