氧化应激介导的线粒体Stat3对癌细胞耐药性的调控分子机制研究

Resistance to chemotherapy is a major problem facing current chemotherapy. The upregulation of antioxidant capacity in adaptation to oxidative stresses induced by chemotherapy in cancer cells confers drug resistance. However, the mechanism is unclear. Our study has shown that mitochondrial Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (mt-Stat3) enhances chemoresistance of breast cancer cells, but its underlying mechanism is unknown. Our recently preliminary data showed that both H2O2 and ROS-producing treatments accumulate Stat3 in mitochondria. mt-Stat3 not only upregulates antioxidant gene Nrf2, but also reduces ROS levels in breast cancer cells and lung cancer cells. Based on our preliminary data, we hypothesized that Stat3 accumulation in mitochondria in response to oxidative stress confers chemoresistance through upregulating antioxidant gene Nrf2. Our hypothesis will be tested in cellular levels, animal cancer models and patient cancer tissues. Our project will provide novel ideas and therapeutic targets for overcoming ROS-induced drug resistance.

癌细胞耐药性是化疗面临的主要问题。为适应化疗诱导的氧化应激产物（Reactive Oxygen Species, ROS），癌细胞上调抗氧化能力，从而增强了耐药性。但机制不详。我们发现，信号传导与转录激活因子3在线粒体(mt-Stat3)的表达显著增强乳腺癌细胞的耐药性，但机制不清楚。在预实验中发现：低氧或产生ROS的压力引起Stat3在线粒体聚集。线粒体Stat3不仅激活了抗氧化转录因子Nrf2，而且降低了小鼠乳腺癌细胞和人肺癌细胞的ROS水平。因此，我们推测压力诱导的ROS引起Stat3在线粒体聚集，激活抗氧化能力，从而增强了癌细胞的耐药性。本课题拟构建表达Stat3在线粒体的细胞，应用RNAseq筛选线粒体Stat3调控的影响耐药性的抗氧化信号蛋白和转录因子，利用小鼠肿瘤模型和病人癌组织证明我们的假说。本研究将为癌症化疗提供新的思路和靶点。

化疗会诱导肿瘤细胞的基因产生许多新的未知突变，导致肿瘤细胞产生后天获得性耐药。这为精准治疗带来巨大挑战。如何逆转耐药是肿瘤治疗面临的亟需解决重大难题。因此阐明肿瘤细胞获得性耐药分子机制可为逆转耐药提供靶点和策略。本课题在前期研究基础上，主要研究了ROS、信号传导与转录激活因子Stat3在线粒体的聚集、Nrf2表达的变化与肿瘤细胞耐药性的相关性，线粒体STAT3 聚集在肿瘤细胞发展耐药中的作用，线粒体STAT3通过抗氧化基因Nrf2信号通路调控肿瘤细胞耐药性的分子机制。我们主要的实验结果显示：ROS相关刺激包括化疗药物诱导STAT3在肿瘤细胞线粒体聚积。线粒体表达的STAT3可以增强多种肿瘤细胞耐药，上调Nrf2的表达和在线粒体聚集。Nrf2促进耐药细胞分泌白介素-6（Interleukin-6, IL6）和HMGB1， IL6不仅反馈激活STAT3，而且促进STAT3在线粒体聚集。HMGB1激活STAT3和上调c-Myc。激活的STAT3和c-Myc都是促进肿瘤细胞耐药的重要因素。除此之外，用二甲双胍（metformin, Met）抑制紫杉醇耐药的趋势性抵抗前列腺癌细胞存活、增殖和迁移、成球能力效果显著。Met通过减少STAT3在线粒体的聚积、下调Nrf2表达,从而增强对紫杉醇的敏感性。我们的研究阐明化疗诱导肿瘤细胞获得性耐药的一条新通路，建议肿瘤细胞获得性耐药性依赖线粒体STAT3 的这类耐药性，可以联合Met治疗。