细胞命运决定子Numb/Numblike在前列腺细胞对称不对称分裂、谱系分化及肿瘤发生中的作用机制研究

Prostate cancer is one of the most frequent types of cancer and leading causes of death in males. Our preliminary results indicate that （1) the evolutionary conserved cell fate determinant Numb is significantly negatively associated with prostatic tumor progression. Deletion of Numb/Numblike in a mouse model leads to prostatic intraepithelial neoplasia. (2) Progenitor cells in prostatic basal cell compartment and hTERT highly expressed prostate tumor stem cells undergo symmetric and asymmetric cell divisions. Numb is asymmetric distributed to the differentiated daughter cell during asymmetric division. (3) Numb exerts a prostatic tumor suppression effect via downregulation of the Notch and Hedgehog signal pathways. We will investigate whether and how Numb/Numblike affect prostatic cell polarity, cell division mode and differentiation using gene deletion mouse models, the hTERT promoter tumor stem cell reporter cell line, and patient samples. This study will provide new insight into the mechanism of prostate tumorigenesis and expansion of tumor stem cells from the angle of stem cell biology.

前列腺癌是严重威胁男性健康的恶性肿瘤。前列腺细胞扩增及分化异常是导致前列腺癌生成的可能重要因素，前列腺肿瘤干细胞又是前列腺癌恶化复发的可能元凶。我们的前期基础和预实验发现：①细胞命运决定子Numb与人类前列腺肿瘤的进展恶化呈负相关,小鼠中敲除Numb/Numblike的敲除后产生前列腺上皮内瘤；②正常的前列腺基底细胞和hTERT高表达的前列腺肿瘤干细胞均可进行对称和不对称分裂，Numb在其不对称分裂中特异性的分布于分化的细胞中；④Numb通过下调Notch和Hedgehog通路活性起抑制肿瘤的作用。我们将利用基因敲除小鼠、前列腺肿瘤干细胞荧光报告细胞系和病人样本，研究Numb/Numblike缺失后对正常前列腺细胞和前列腺肿瘤干细胞的分裂模式及细胞谱系分化的影响，力图从干细胞生物学的角度阐明前列腺癌发生的机理及前列腺肿瘤干细胞扩增的机制，为临床治疗提供新的线索和靶标。

目前治疗前列腺癌抗雄激素疗法经典治疗方案下，几乎所有患者仍会复发。理解前列腺的发育和肿瘤发生中的关键细胞命运决定蛋白的作用机制对解析前列腺癌发生原因和开发去雄耐药前列腺癌干预手段的至关重要。我们围绕Numb/Numblike是否是前列腺谱系发育中细胞命运决定蛋白及其分子机制如何，这一关键科学问题展开工作，发现：Numb/Numblik是前列腺发育和前列腺肿瘤中的关键命运决定蛋白，促进和维持了前列腺的管腔上皮谱系特征。Numb/Numblike在前列腺癌中表达下调促进了前列腺癌去雄抵抗的产生，驱动前列腺管腔上皮到神经内分泌样上皮细胞的谱系转变。Numb-/low前列腺肿瘤细胞具有更强的上皮间质转化特征、干细胞样特性和去雄抵抗性。我们进一步发现了Numb低表达前列腺癌细胞群具有较高Notch和Hedgehog信号通路活性和雄激素非依赖性的特点，使用小分子制剂抑制Notch和Hedgehog信号通路可以增强前列腺肿瘤细胞对雄激素剥夺疗法的敏感性。我们揭示了EMT中细胞极性丢失的重要的分子机制，发现E-cadherin下调导致极性蛋白的定位紊乱，促进了EMT。设计构建了EMT报告系统，通过对上市药物库进行高通量筛选，发现了上市药物氨来占诺治疗前列腺肿瘤转移的可行性，对发展转移性前列腺癌的治疗方法具有重要意义，证明了靶向降低上皮间质转化有可能是抑制前列腺癌去雄抵抗的有效方式。此外我们在单细胞转录组水平解析了前列腺上皮细胞的异质性，发现了前列腺上皮组织干细胞亚群，报道了其兼具上皮和间质细胞的基因表达特征，为前列腺发育过程和规律提出了新的细胞和分子水平的阐释。在这些研究的基础上，项目负责人发表了标注项目资助的前列腺发育和肿瘤方向的通讯作者SCI论文5篇（均发表在Nature子刊和重要的肿瘤研究杂志包括Nature Communications， Clinical Cancer Research, Theranostics, Plos Genetics和Cell Proliferation）。发表了国际学术大会口头报告5次。培养研究生1名。项目负责人在这些研究的基础上于2020年申请获批了国家自然科学基金优秀青年基金项目。