阻断PI3K/mTOR信号通路诱导分化并靶向治疗骨肉瘤干细胞的分子机制研究

肿瘤干细胞是恶性肿瘤形成、耐药、复发和转移的关键已成为共识，但对其治疗尚缺乏有效手段。本研究以从骨肉瘤组织中筛选并建系的表达SSEA-4的骨肉瘤干细胞为对象，研究骨肉瘤干细胞PI3K/mTOR信号通路及其调控基因表达状况，再分别以siRNA干扰技术和PI3K抑制剂LY249002与mTOR抑制剂RAD001干预此通路表达，观察阻断PI3K/mTOR通路对骨肉瘤干细胞致瘤能力、细胞周期调控、细胞自噬和凋亡等影响，探索PI3K抑制剂和mTOR抑制剂对骨肉瘤干细胞的生长、增殖和致瘤能力的抑制作用，并结合以临床骨肉瘤组织标本制备的组织芯片分析此通路的一些重要调节基因表达和患者预后的关系，从临床和基础实验两方面阐明PI3K/mTOR通路调控、维持骨肉瘤干细胞干性特征的作用，探明此通路作为骨肉瘤干细胞诱导分化和靶向治疗的可能性及相应的分子机制，为临床针对骨肉瘤干细胞治疗提供实验依据和奠定理论基础。

研究背景： PI3K/mTOR 通路对肿瘤干细胞具有调节作用，并以此影响肿瘤的生长、复发和转移。此研究从临床和基础两方面阐明PI3K/mTOR通路调控、维持骨肉瘤干细胞干性特征的作用，探明PI3K/mTOR通路作为骨肉瘤干细胞诱导分化和靶向治疗的可能性及相应的分子机制。.研究内容：以自骨肉瘤组织中筛选并建系的表达SSEA-4骨肉瘤干细胞为对象，研究骨肉瘤干细胞PI3K/mTOR信号通路及其调控基因表达状况，并以相应抑制剂干预此通路表达，阐明阻断PI3K/mTOR通路对骨肉瘤干细胞致瘤能力、细胞周期调控等影响及诱导分化治疗骨肉瘤的机理。.重要结果与关键数据：.1：表达SSEA-4的骨肉瘤细胞具有干细胞特点，成骨和成脂诱导分化可减少其细胞数量，PPAR-γ和RUNX2表达增加，骨肉瘤干细胞干性特性下降，细胞增殖和活性受到抑制。.2：50%和100%细胞融合生长条件下，SSEA-4阴性骨肉瘤细胞可重新形成SSEA-4阳性骨肉瘤细胞，重获致瘤能力和干性特征，说明干细胞样和非干细胞样肿瘤细胞可互相转化，提示骨肉瘤治疗的复杂性。.3：PI3K/AKT/mTOR信号通路参与维持骨肉瘤干细胞状态，mTOR抑制剂可抑制SSEA-4阳性骨肉瘤细胞增殖，但不抑制SSEA-4阴性骨肉瘤细胞。敲除AKT基因可抑制SSEA-4阴性骨肉瘤细胞向SSEA-4阳性细胞再生；而上调AKT表达可促使SSEA-4阴性细胞转为SSEA-4阳性骨肉瘤细胞。.4：mTOR抑制剂体外处理SSEA-4阳性骨肉瘤细胞可诱其成脂分化。将此处理后细胞接种NOD/SCID小鼠可抑制移植瘤形成。机制研究发现mTORC1是维持骨肉瘤干细胞干性的重要靶点。.5：化疗可富集SSEA-4阳性骨肉瘤细胞，提示骨肉瘤干细胞具有化疗耐药特点。.科学意义： PI3K/mTOR通路在调控、维持SSEA-4阳性骨肉瘤干细胞干性及其生物学行为中具有重要作用，mTORC1是维持骨肉瘤干细胞干性的重要靶点，mTOR抑制剂可靶向诱导骨肉瘤干细胞分化，为临床针对骨肉瘤干细胞治疗奠定理论基础。