BNIP3L介导的线粒体自噬通过维持大肠癌肿瘤干细胞干性促进化疗耐药性的机制研究

Chemo-resistance is a major cause of poor clinical outcome in colorectal cancer. Cancer stem cells (CSCs) are known to give rise to colorectal cancer chemo-resistance. Mitophagy is the selective degradation of mitochondria by autophagy. Our study has confirmed that BNIP3L-mediated mitophagy activity in colorectal CSCs contributes to chemo-resistance, but the relevant mechanism is still unclear. Our preliminary data also showed that knockdown of BNIP3L significantly up-regulated the protein level of energy metabolic regulator PTEN, but decreased the expression of CSCs markers in the colorectal CSCs. Therefore, we hypothesize that BNIP3L-mediated mitophagy can promote the chemo-resistance by regulating energy metabolism and maintaining the stemness of colorectal CSCs. In this study, we firstly investigate the role of mitophagy in maintaining stemness of colorectal CSCs. Then we will examine the role of BNIP3L in the regulation of PTEN-related energy metabolism changes in colorectal CSCs. Finally, we will confirm the mechanism that BNIP3L-mediated mitophagy promotes chemo-resistance by maintaining the stemness of colorectal CSCs in vivo and in vitro. Our study may inform the development of novel strategies for the effective elimination of colorectal CSCs, and provide a new promising therapeutic target for the colorectal cancer.

大肠癌临床疗效不理想的主要原因之一是化疗耐药。肿瘤干细胞（CSCs）被认为是大肠癌化疗耐药的根源。线粒体自噬是一种选择性降解线粒体的自噬通路，我们研究证实BNIP3L介导的线粒体自噬可以促进大肠癌CSCs化疗耐药性，但其机制不清楚。我们前期研究发现在大肠癌CSCs中下调BNIP3L蛋白表达可以显著增高能量代谢调控因子PTEN的蛋白水平，并降低肿瘤干细胞标志物的表达。因此我们推测BNIP3L介导的线粒体自噬可以通过调节大肠癌CSCs的能量代谢促进其干性维持进而增强化疗耐药性。本研究中，我们首先观察大肠癌CSCs中线粒体自噬对CSCs干性维持的作用。然后明确BNIP3L对PTEN调控的能量代谢活性的影响。最后通过体内外实验证实BNIP3L介导的线粒体自噬通过维持大肠癌CSCs干性进而促进化疗耐药的作用机制。本研究将为大肠癌CSCs的靶向治疗提供理论依据，并有希望为大肠癌治疗提供新的治疗靶点。

自噬是将细胞内多余或受损的蛋白质以及细胞器通过溶酶体进行降解的生理过程。自噬可以参与到调控肿瘤的治疗抵抗中，然而其调控机制仍不明确。本研究探究了：1、线粒体自噬活性调节大肠癌肿瘤干细胞（CSCs）干性的作用及作用机制；2、自噬活性在调节肿瘤细胞放疗敏感性的作用及作用机制。我们发现抑制线粒体自噬相关蛋白BNIP3L表达后，肿瘤干细胞中的线粒体自噬水平显著降低。并且抑制BNIP3L介导的线粒体自噬后，肿瘤干细胞的干性下降，化疗敏感性上升。进一步探究发现，BNIP3L介导的线粒体自噬可以调控PTEN蛋白水平，进而发挥维持大肠癌CSCs细胞干性的作用。我们还发现自噬活动的激活可以促进肿瘤细胞的放疗敏感性。自噬活动可以调控Sirt1蛋白的降解。当自噬活动激活后，Sirt1蛋白降解增加，降低肿瘤细胞对放射线的耐受性，提高了放射线照射诱导的细胞凋亡水平。表明自噬可以通过调控Sirt1蛋白水平影响肿瘤细胞的放疗敏感性。我们的研究阐明了BNIP3L介导的线粒体自噬通过下调PTEN蛋白水平发挥维持CSCs细胞干性的作用，进而促进肿瘤化疗耐药的作用机制，为靶向肿瘤干细胞的治疗提供新的潜在靶点。同时阐明了自噬活动可通过降解Sirt1蛋白促进肿瘤细胞的放疗敏感性，为肿瘤放射线治疗提供新的增敏靶点。