播散肿瘤细胞（DTCs）与造血干细胞（HSCs）融合促进前列腺癌骨转移的分子机制

Both cell fusion and cell-cell communication participate multiple physiogical processes and pathological conditions including cancer development. Prostate cancer (PCa), for instance, preferentially metastasizes to skeleton that resulting in cancer-related high mortality. It has been shown that exosomes from mouse and human lung-, liver-, and bain-tropic tumor cells fused preferentially with resident cells at their predicted distant organs. Others and us have further demonstrated that at the early stage of PCa progression, disseminated tumor cells (DTCs) co-exist with bone microenvironment as dormancy/sleeping cells for years until being revoked by certain inducible conditions. However, how do these cells survive within this “hostile” environment and re-activate (wake-up) in the marrow when cancer relapse remain unknow. In our preliminary studies, our lab, for the first time, found that in vitro spontaneous fusion between murine PCa RM-1 cells and haematopoitic stem cells (HSCs). We thus hypothesize that exosomes derived from the bone microenvironment promotes the cell fusion; and the hybrids may gain the stem cell characteristics and metastatic potential within the pre-metastatic niche. In this study, we will used a GFP transgenic murine model to generate hybrids, in vivo, with human PC3, C4-2B, and VCap and murine RM1 cell lines and further to test whether the spontaneous cell fusion plays a key role in PCa metastastic process. Our results may suggest a novel mechanism for PCa skeletal metastasis and provide a molecular basis for identifing new therapeutic targets.

细胞融合和细胞间交互作用参与生理和病理过程以及肿瘤的发生和发展。前列腺癌最常见的转移部位是骨骼，骨转移是导致前列腺癌患者死亡的最主要原因之一。证据显示，肿瘤细胞产生的外分泌体与特定器官体细胞交互作用，促进肿瘤细胞器官特异性转移。我们和其他学者证实，前列腺癌发生初期，部分患者的骨髓中就可检测出肿瘤细胞，即所谓播散肿瘤细胞（DTCs），然而DTCs可以在骨髓中潜伏数年。我们在前期研究中发现肿瘤细胞与骨髓干细胞共培养后，部分肿瘤细胞与骨髓干细胞（HSCs）发生自发融合形成杂合细胞。我们的假设是骨微环境来源的外分泌体促进DTCs与HSCs融合，融合细胞具有肿瘤干细胞特性和转移的潜能。为此，本研究将采用GFP转基因小鼠的HSCs与鼠源前列腺癌细胞RM1或人前列腺癌细胞系PC3，C4-2B和VCaP细胞进行体外和体内融合，观察融合细胞的生物学性状改变。研究成果将阐明前列腺癌骨转移新的分子机制。

肿瘤转移是导致患者死亡的重要原因，近年来有关肿瘤转移机制方面的研究有了较大的进展和突破，然而肿瘤的复发和转移仍是造成肿瘤患者死亡的主要原因。最近的研究显示，转移是肿瘤发生的早期事件之一。骨是多种肿瘤细胞转移的好发部位，然而，骨髓中存在大量的免疫细胞，非常不利于肿瘤细胞的定植和生长。因此，肿瘤细胞在如此恶劣的环境中怎样存活及生长的机制仍不清楚，这是当前肿瘤研究领域最热的领域。本项目中我们提出播散到骨髓腔中的DTCs与骨髓细胞融合，从而逃避免疫系统的监视和杀伤，进而存活下来，成为肿瘤的复发和转移的基础。.为此，本项目主要研究内容是建立融合模型，获得融合细胞；检测融合细胞的生物学行为改变；融合细胞感性和转移潜能的检测；探寻起作用的分子机制。我们在前期成功建立的小鼠骨转移模型基础上，应用具有红色荧光标记的肿瘤细胞与GFP转基因小鼠或从GFP转基因小鼠中分离的骨髓细胞进行体内外融合实验，采用流式细胞分选等技术，分离并得到了双阳性标记的融合细胞。本项目首次证实一定数量的肿瘤细胞通过与骨髓细胞融合而在远端部位定植和存活。融合细胞生物学行为的体内外检测显示，与亲本RM1细胞相比，融合细胞的增殖速度明显增加，细胞迁移和转移能力均显著增强，体内外成瘤性显著增强。采用多组学（转录组、蛋白组、代谢组等）协同分析，解析融合细胞快速增殖和转移作用的分子机制，融合细胞通过高表达MMPs增强其转移能力，通过Scl7a11/NADPH高表达抵抗铁死亡及加速DNA复制导致融合细胞的快速增殖。本项目的研究成果初步阐明了转移的肿瘤细胞在免疫微环境中定植和存活的新机制，为前列腺癌临床治疗提供新的研究方向。