低剂量辐射刺激脑肿瘤干细胞增殖的Wnt信号异常激活机制与靶向干预研究

Growing evidences have shown that brain tumor stem cells present one major generating source that may result in post-radiotherapy uncontrolling and recurrence of malignant gliomas. But, the exact pathogenesis or mechansim of tumor recurrence remains unrevealed currently and also an improtant question to be studied clinically. Our preliminary studies have indicated that low-dose ionizing radiation (that might occur unavoidably and distribute in brain areas around radiotherapy tumor-target) could stimulate cell proliferation and Wnt signaling activation of both neural stem cells and glioma tumor stem cells. Taken together with literatures on Wnt signal functions, we hypothesize that abrrant Wnt signaling activation may be one key pathway mediating stimulatory effect of low-dose radiation on brain tumor stem cells, and further investigation on specific intervention on Wnt signaling pathway shall benefit establishment of new clinical strategy on brain tumor recurrence..In this project, these methods regarding low-dose radiation models of glioma stem cell culture clones, animals with planted gliomas, and RNA interferance shall be applied to study these major contents: 1) if low-dose radation stimulate cell proliferation and emmigration of brain tumor stem cells; 2) if this stimulatory effect can be predominately mediated via abrrant activated Wnt/β-catenin signaling pathway；3) how Wnt signaling specific inhibitor influence cell proliferation, survival and apoptosis of glioma stem cells; 4) how Wnt signaling blockage influence radioresistance and recurrence of gliomas in animal model. It is hopefully expected that biological stimulation of low-dose radiation on glioma stem cells, Wnt signaling mechanism and intervention outcome will be elucidated, and results of this study shall provide essential scientific evidence for establishing novel clinical therapy of malignant gliomas by "targeting on brain tumor stem cells".

脑胶质瘤干细胞的存在是导致肿瘤放疗未控、肿瘤复发的主要根源，其确切发生机理还不清楚，是目前临床亟待研究解决的重要问题。前期研究发现：低剂量电离辐射（分布于肿瘤放疗靶区之外）能够诱导神经干细胞、胶质瘤干细胞增殖和Wnt信号激活。结合Wnt功能线索，我们推测"Wnt信号异常激活可能是介导低剂量辐射刺激肿瘤干细胞增殖的重要途径"，探索其选择性干预效应可能为肿瘤复发的临床治疗提供新思路。.课题拟采用胶质瘤干细胞克隆培养和荷瘤动物辐射模型、RNA干涉实验等方法，进一步研究明确：1）低剂量辐射刺激肿瘤干细胞增殖和迁移作用；2）Wnt/β-catenin信号异常激活介导机制；3）选择性干预Wnt信号途径对肿瘤干细胞增殖、生存和凋亡效应；4）干预Wnt信号激活对胶质瘤辐射抗拒和肿瘤复发影响等问题，预期阐明低剂量辐射刺激肿瘤干细胞的Wnt分子机制和干预意义，为"靶向脑肿瘤干细胞"治疗新策略提供科学依据。

以往文献表明，Wnt/beta-catenin信号通路是干细胞正常增殖分化的一个主要调控途径，也是影响临床多种肿瘤细胞行为的重要调节因子。本项目中我们提出Wnt/beta-catenin信号异常激活可能介导胶质瘤干细胞或“干样”细胞的电离辐射反应、导致人胶质瘤放疗抵抗发生的重要原因的研究假设。针对该研究设想，课题应用C6大鼠胶质瘤细胞和U251人类胶质瘤细胞，进行体外细胞培养、Wnt信号定位、荷瘤动物模型、电离辐射效应和相关信号机制分析等实验研究，主要内容包括：体外胶质瘤“干样”细胞克隆生长、增殖活力的细胞实验；体内皮下种植胶质瘤的肿瘤形成和生长的动物模型实验；给予不同剂量X-线辐照后的生物效应实验；Wnt/beta-catenin信号和MAPK等信号通路的表达水平与功能激活、Wnt抑制剂干预作用等可能介导辐射生物效应的信号机制分析。.项目按照课题计划执行，完成了主要研究内容，达成预期的研究目标。课题获得的主要结果与结论：体内外实验均证明胶质瘤“干样”细胞具有辐射剂量-依赖性的不同增殖反应特性，发现0.3-0.6Gy的低剂量X-线辐照能够促进胶质瘤“干样”细胞增殖、克隆生长和体内肿瘤形成，但3-20Gy范围的高剂量辐射则抑制细胞增殖、克隆和肿瘤生长；发现Wnt/beta-catenin信号通路的异常激活参与胶质肿瘤和“干样”细胞的低剂量辐射刺激过程，并可能通过激活下游的MAPK信号通路发挥其促进胶质瘤干细胞增殖和肿瘤生长的生物效应。项目执行过程中，培养硕士研究生三名，发表通讯作者和第四军医大学第一作者单位署名论文七篇，其中SCI英文论文四篇、中文核心期刊论文三篇，提交审稿中英文论文一篇，按照要求标注了国家自然科学基金项目资助信息。本项目的研究结果为进一步探索靶向胶质肿瘤干细胞和选择性干预Wnt/beta-catenin信号途径异常激活的胶质瘤治疗新策略提供了重要的实验依据，具有明确的理论和应用意义。