ROS/K-ras调控Bmi1磷酸化促进化疗诱生胰腺癌干细胞的机制研究

Tumor stem cell is an important reason for failure of chemotherapy. Both liteature and our data suggest that chemotherapy can induce pancreatic cancer stem cell,but the mechanism is not clear. Applicants previous study have shown that Bmi1 phosphorylation may mediate the accquistion of stem cell phenotyep by pancreatic cancer cells.However,the specific mechanism remains to be elucidated.Bioinformatics analysis showed that the Bmi1 amino acid sequence has multiple kinase targeting sites which is downstream of K-ras.Bmi1 phosphorylation may be regulated by K-ras activtion. K-ras mutations is important in pancreatic cancer, but evidences suggest that a single mutation is not enough to effectively activate K-ras. Applicants preliminary experiments show that chemotherapy can activate ROS, which in turn affect Bmi1 expression and stem cell phenotype in pancreatic cancer cells with K-ras mutations.Combined with literature,we raise our assumptions: chemotherapy-induced ROS may collaborative with mutated K-ras for abnormal activation of downstream signaling pathways and kinase,which in turn regulate Bmi1 phosphorylation and promote pancreatic cancer cells to acquire stem cell properties. The project intends to explore the mechanism underlying chemotherapy-induced pancreatic cancer stem cells phenotye, and to explore new strategy for reversal of pancreatic cancer malignant behavior.

肿瘤干细胞是胰腺癌化疗失败的重要原因，文献及我们的资料均提示化疗可诱生胰腺癌干细胞，但机制不清楚。申请者前期研究表明Bmi1磷酸化可能介导化疗处理后胰腺癌细胞获得干细胞表型，然其具体机制尚待阐明。生物信息学分析显示Bmi1氨基酸序列存在多个K-ras下游磷酸化激酶作用靶点，K-ras活化可能调控Bmi1磷酸化。K-ras突变对胰腺癌虽具重要意义，但证据表明单一突变不足以有效活化K-ras。申请者预实验显示化疗可活化ROS，继而影响K-ras突变胰腺癌细胞Bmi1表达及干细胞表型。结合文献，申报者假设：化疗诱导的ROS可能协同K-ras异常活化下游信号通路和激酶，调控Bmi1磷酸化并促使胰腺癌细胞表现干细胞表型。本项目拟从ROS、K-ras与Bmi1磷酸化调控关系的角度，探讨化疗诱导胰腺癌细胞获得干细胞表型及耐药性的机制，并为探索逆转胰腺癌恶性生物学行为的新策略提供实验依据。

胰腺癌耐药是导致胰腺癌极差预后的重要原因，深入阐明胰腺癌细胞耐药的生物学机制对改善胰腺癌患者预后具有重要意义。胰腺癌干细胞理论认为，具有独特表型的肿瘤干细胞启动肿瘤形成和发展，并介导胰腺癌的恶性生物学行为，而肿瘤干细胞是胰腺癌化疗失败的重要原因。课题组在基金资助证实了以下问题：(1).化疗药物吉西他滨处理胰腺癌可以诱导胰腺癌细胞产生干细胞表型，这种干细胞表型具体表现在低浓度化疗药物处理后干细胞标记分子CD133, CD24表达增加，干细胞转录因子Nanog, OCT4, SOX2表达增加，更容易形成干细胞球且细胞成瘤能力增加。胰腺癌细胞在化疗处理之后获得干细胞表型可能促进其转移能力、耐药能力以及成瘤能力的增强。吉西他滨诱导胰腺癌干细胞表型可能为解释胰腺癌顽固耐药性的重要原因之一。(2)吉西他滨化疗诱导胰腺癌细胞产生干细胞表型可能涉及复杂的信号通路，而ROS的活化在其中发挥重要作用。吉西他滨可以活化Noxs促进ROS的生成，而ROS通过与K-as协同，活化Ras下游信号通路调控胰腺癌产生干细胞表型，其中可能包括mTOR信号通路、AMPK信号通路、PI3K/Akt信号通路，STAT3信号通路以及糖酵解等复杂的信号调控网络，通过抑制上述信号通路可能为增强胰腺癌的化疗敏感性提供线索。(3) 干细胞因子Bmi1在吉西他滨诱导胰腺癌干细胞表型中占据重要地位，一定浓度的吉西他滨可以诱导Bmi1产生，抑制Bmi1可以增强吉西他滨的化疗敏感性及干细胞特性，胰腺癌胞内异常活化的的信号调控网络可能通过Bmi1磷酸化最终产生胰腺癌的干细胞表型, Ser316位点可能是其中一重要的调控节点。本研究的意义在 从胰腺癌干细胞的角度阐释了胰腺癌耐药的机制，强调胰腺癌化疗应重视有效的疗程和剂量，否则不仅不能产生杀伤效果，相反可以起到促进肿瘤发展的作用。本研究中证实的多条参与调控胰腺癌干细胞特性的信号通路，可能为增强胰腺癌化疗敏感性，降低其复发提供潜在的靶标和干预策略。