肿瘤细胞放射抗拒新调控因子Bmi-1的分子作用机制研究

Radiotherapy (RT) is a major modality of cancer treatment. However, tumors often acquire radioresistance and cause the failure of RT. The exact mechanisms of radioresistance in cancer cells are largely unknown. Our preliminary results showed that targeting depletion of Bmi-1 expression in radioresistant KYSE-150R esophageal carcinoma cells increased their susceptibility to RT through induction of apoptosis and ROS while impairing DNA repair capacities. Although the mechanism remains to be clarified, these results suggested that Bmi-1 is an important determinant of cellular radioresistance in cancer. Using the radioresistant KYSE-150R and Pancl-1 cells, we aim to investigate the role of Bmi-1 in epigenetic mediating ROS generation and to identify the previously uncharacterized function of Bmi-1 in controlling NF-κB signaling pathway directly or indirectly through ROS, ATM or TNF-α signaling pathway. Furthermore, the 3D culture tumor models will be used to confirm what we found. In addition, the role of Bmi-1 in regulating cancer stem cell radioresistance will be investigated by using side population cells in radioresistant cancer cells. These findings will shed a new light on understanding molecular mechanisms underlying tumor radioresistance and provide a potent molecular target to enhance the efficacy of RT.

放疗是恶性肿瘤主要治疗手段，其疗效不佳主要与肿瘤细胞放射抗拒有关，但肿瘤细胞放射抗拒的调控机制仍不清楚。我们前期研究发现表基因调控转录因子Bmi-1在放射抗拒食管鳞癌细胞中高表达，敲除Bmi-1能逆转其放射抗拒，证实Bmi-1是肿瘤细胞放射抗拒的新调控因子，但其具体作用机制尚需深入研究。我们拟选用原发和继发性放射抗拒肿瘤细胞，用基因敲除等多种技术探讨Bmi-1表基因调控细胞电离辐射后活性氧（ROS）产生、Bmi-1直接或间接通过ROS/TRAF、细胞周期检查点ATM、TNF-α受体通路激活NF-κB信号通路的分子机制，并用3D培养肿瘤组织模型模拟体内环境证实Bmi-1调控过程中关键因子表达的变化，此外还进一步研究Bmi-1对肿瘤干细胞（以侧群细胞代表）放射抗拒的调节作用，以阐明肿瘤细胞放射抗拒的新分子调控机制，为提高肿瘤患者放疗效果提供新的放射增敏靶点。

恶性肿瘤是危害人类健康的主要疾病，放射治疗是目前最主要的肿瘤治疗手段之一，但是放射治疗对放射敏感肿瘤效果较好，大多数腺癌，如消化道腺癌，是放射抗拒肿瘤，放射治疗效果较差。此外，肿瘤细胞放疗后产生继发性放射抗拒常引起放射治疗失败。因此，探讨肿瘤细胞放射抗拒的调控机制,寻找新的放射增敏靶点对提高放射治疗效果具有十分重要的临床意义。.我们研究发现表基因调控转录因子Bmi-1在放射抗拒人食管鳞癌细胞KYSE-150R中的表达较亲本细胞KYSE-150显著增高，敲除KYSE-150R细胞Bmi-1的表达可以逆转其放射抗拒，提示Bmi-1是肿瘤细胞放射抗拒的新调控因子。研究进一步表明Bmi-1能降低IR后放射抗拒肿瘤细胞内ROS的产生；敲除Bmi-1增加IR后胞内ROS的产生及Lpo、Alox15、Noxo1等相关基因的表达，明显增加放射抗拒肿瘤细胞中IR后γ-H2AX foci的产生（标志细胞DNA DSB损伤）和彗星试验tail长度，这些作用可能与调节Rad51蛋白等的表达有关。Bmi-1能激活NF-κB通路使肿瘤细胞抗拒电离辐射诱导的凋亡，这可能与Bmi-1转录调节NF-κB promotor活性有关。这些研究表明，Bmi-1可以作为一个新的放射增敏靶点进行后续的应用研究。.我们研究发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂（TSA、NaB）能有效降低放射抗拒肿瘤细胞的Bmi-1表达并明显增强细胞的放射敏感性，其作用与引起细胞周期阻滞于G2/M期，增强电离辐射引起的细胞凋亡、ROS产生、DNA损伤等有关。在此研究的基础上，有可能开发出新型放射增敏剂，对提高放射治疗效果具有十分重要的临床意义。.放射性口腔黏膜炎是放疗过程中常见副作用之一，严重影响患者治疗和生活质量，目前仍没有理想的防治手段。我们研究发现小分子抗肿瘤药物斛皮素对正常人角化细胞有一定的放射保护作用，能上调Bmi-1表达，有可能据此开发成新的放射保护剂，对防治放射性口腔黏膜炎具有十分重要的临床意义。