结肠癌干细胞样肿瘤细胞向血管内皮细胞分化的相关机制及其临床意义

Tumor growth and metastasis is highly dependent on tumor angiogenesis, and anti-angiogenesis has become one of the most important anti-tumor strategies. However, some reports indicate that anti-angiogenesis therapy could not inhibit tumor growth and even promote tumor progression in some patients. We propose the micro-circulation pattern in tumor may be very complicate. Our previous study indicated the existence of vasculogenic mimicry (VM), a unique micro-circulation mode independent of endothelial cells, in colon cancer. Some tumor cells with stemness could form VM simulating the functions of endothelial cells .In three-dimensional culture, colon cancer cells with stemness could express some endothelial markers. Taken together, we speculate that colon cancer cells can differentiate toward endothelial cells under certain microenvironment such as hypoxia, and eventually form tumor derived endothelial cells(TDEC). In this study, firstly, we select the tumor cell subsets with high stemness from colon cancer tissue. Then, by using in vitro three-dimensional culture system and tumor transplanted nude mice model, we study whether these stem-like tumor cells could differentiate into endothelial cells and form VM and TDEC. By using the clinical samples of colorectal cancer, we aim to make clear the relationship of VM, TDEC and the expression some stemness proteins and further explore the relevant clinical significance, focusing on the potential use of novel antiangiogenic and vascular targeting strategies against alternative tumor vascularization mechanisms.

肿瘤血管对肿瘤的生长和转移具有重要作用，抗血管生成治疗已经成为肿瘤治疗的重要手段。但有报道认为某些病人抗血管生成治疗效果不佳，甚至引起疾病进展，究其原因可能是肿瘤微循环具有比较复杂的模式。我们在前期工作中发现结肠癌中存在不依赖宿主内皮细胞的血管生成模式- - 血管生成拟态（VM），肿瘤细胞模拟内皮细胞形成微循环管道样结构。体外三维培养中，形成VM的结肠癌细胞表达内皮相关分子和干性相关标记。我们推测干细胞样肿瘤细胞可以在缺氧压力下向血管内皮细胞分化，形成成熟血管内皮细胞- - 肿瘤来源内皮细胞（TDEC）。本研究从结肠癌临床标本中筛选干细胞样肿瘤细胞亚群，利用体外培养和裸鼠移植瘤研究干细胞样肿瘤细胞能否在缺氧压力下向内皮细胞方向分化，形成VM和TDEC。同时，利用结肠癌的组织标本研究VM、TDEC的分布规律，分析其与肿瘤细胞的干性和缺氧的关系，并探讨其临床意义，为开发新的抗血管生成疗法提供理论依据。

本项目主要探讨结肠癌中是否存在肿瘤细胞来源的内皮细胞以及肿瘤微环境对肿瘤细胞向血管内皮细胞分化的调控作用，寻找肿瘤细胞向内皮细胞分化的关键调控因子和相关分子机制。按照研究计划已完成主要的研究内容。主要研究结论如下：（1）结肠癌细胞具有向血管内皮细胞诱导分化的潜能，分化差的结肠癌细胞更容易在体外三维培养中形成管道结构。（2）结肠癌中存在干细胞样肿瘤细胞，并在体外特定微环境下干细胞样肿瘤细胞可以向内皮细胞方向诱导分化，从而获得部分内皮细胞表型及功能。缺氧可以促进具有较强干性的肿瘤细胞向血管内皮细胞方向分化。（3）体外和动物实验表明VEGFR2对肿瘤细胞向内皮细胞方向分化起到重要的调控作用，VEGFR2的小分子抑制剂可以抑制肿瘤细胞向内皮细胞分化。（4）结肠癌临床组织标本研究发现，VEGFR2具有重要的临床意义，其表达和血管内皮相关因子VE-Cadherin表达呈正相关，VEGFR2是结肠癌独立预后因子，高表达VEGFR2提示预后不良。此外，由于大部分结肠癌均存在从正常粘膜、腺瘤、癌的演进过程, 称之为结肠的腺瘤-癌序列转化。因此，结肠癌是研究肿瘤发生机制的最佳模型。因此，课题组利用收集的结肠癌组织标本，对研究内容进行了扩展，探讨了血管新生在结肠癌序列转化中的作用。研究发现，肿瘤血管新生在结肠癌的腺瘤-癌序列转化过程具有重要意义，结肠腺瘤向癌的序列转化过程中伴随着血管新生增加，而Wnt通路抑制分子DKK-1在此过程中发挥重要的调控作用，可通过抑制血管新生来抑制结肠腺瘤向癌的序列转化。