骨髓间充质干细胞在前列腺癌骨拟态表型发生中的作用与机制

Osteomimicry has been characterized to play an important role in prostate cancer bone metastasis, but its mechanisms remain unclear. Our previous work have demonstrated that the interaction with bone marrow derived mesenchymal stem cells (MSCs) will lead to the development of osteomimicry in prostate cancer cells, and β2-Microglobulin (β2M) secreted by MSCs is identified as an important factor driving osteomimicry; further studies also have shown that transcriptional coactivator PC4 is activated in the development of osetomimicry in prostate cancer cells, and the upregulation of PC4 expression is correlated with prostate cancer bone metastasis in clinical specimens, suggesting a potential important role of PC4 in the regulation of the osteomimicry in prostate cancer cells. On the basis of above work, we aim to clarify the roles and mechanisms of β2M and PC4 in prostate cancer osteomimicry at the molecular and cellular levels, as well as in vivo and clinical specimens through in vitro co-culture system and co-inoculation of MSCs and prostate cancer cells in nude mice. This study will strengthen the understanding of the molecular basis and provide helpful insights to the early detection and targeted therapy of prostate cancer bone metastasis.

骨拟态表型（osteomimicry）是前列腺癌骨转移过程中的重要环节，是决定肿瘤细胞向骨组织迁移、定植和生长的基础，但其发生机制尚不清楚。本项目前期工作中发现，骨髓间充质干细胞（MSC）与前列腺癌细胞相互作用后可诱导肿瘤细胞骨拟态表型的发生，并揭示MSC分泌的β2微球蛋白（β2M）可能参与对肿瘤细胞表型的调控作用；进一步还发现，肿瘤细胞内转录辅活化因子PC4在骨拟态发生过程中被异常激活，并在临床标本中初步证实PC4与前列腺癌骨转移具有显著相关性，可能是在转录水平决定骨拟态发生的调控分子。在此基础上，本项目拟通过MSC与前列腺癌细胞体外共培养和裸鼠体内联合移植等途径，从分子、细胞、动物和临床标本等不同水平进一步明确β2M和PC4在前列腺癌细胞骨拟态表型发生中的作用和机制；从新的角度深化对前列腺癌骨转移的认识，并探讨针对骨拟态表型的分子靶标，为前列腺癌骨转移的早期诊断和靶向治疗提供依据。

根据任务计划书和研究内容，在既往工作发现骨髓MSC可能调控前列腺癌骨拟态发生，以及PC4基因在恶性转化的干细胞和前列腺癌细胞中呈异常高表达的基础上，本项目重点研究了前列腺癌骨转移的机制以及PC4基因在多种肿瘤中的功能意义，取得的主要成果如下：（1）比较研究了各种前列腺癌细胞株成骨表型的发生特点，并建立了前列腺癌细胞与成骨前体细胞的体外共培养模型，发现前列腺癌细胞可以通过分泌Sema 3A，调节成骨前体细胞内β-catenin的稳定表达，诱导其成骨分化，进而促进前列腺癌的成骨性转移。（2）构建PC4基因过表达和条件敲除的转基因小鼠模型，发现PC4可通过 VEGF-C/VEGF-D/VEGFR-3途径调节肿瘤的淋巴血管生成，从而促进肿瘤的淋巴结转移。（3）比较研究了198例骨肉瘤临床标本及其对应的癌旁组织，发现PC4在肿瘤组织的表达水平远高于正常组织，且与患者的临床分期、预后等密切相关。后续深入研究发现，PC4可以结合SP1，并调节MMP9的转录表达，进而促进骨肉瘤的侵袭转移。（4）分析结直肠癌临床标本及GSE数据库，发现PC4在结直肠癌中也呈高表达，其表达水平与患者预后呈负相关。通过体内外实验首次揭示了PC4可通过调节SOD1的表达而影响肿瘤的氧化应激系统，敲除PC4可以产生过量的ROS，进而激活JNK介导的细胞凋亡。（5）通过化学结构修饰新合成了一种七甲川花菁类衍生物IR-58，发现其在多种肿瘤移植模型中均有肿瘤靶向和近红外成像的特性，而且具有比ICG更低的毒性和更强的荧光特性，为肿瘤细胞的在体监测提供了新方法。IR58靶向蓄积于肿瘤细胞后，可破坏肿瘤细胞的抗氧化系统，产生过量的ROS，引起自噬性凋亡，具有良好的肿瘤杀伤效应和在体成像监测功能。综上，本项目揭示了前列腺癌成骨性骨转移的相关机制，并通过多种肿瘤模型证明了PC4是一个潜在的癌基因，发现PC4与肿瘤患者的预后、治疗等密切相关，可能成为肿瘤诊断和治疗的新靶点。此外，还鉴定了一种化学小分子IR58，为同时实现肿瘤的治疗和在体监测提供了新方向。