洛伐他汀靶向乳腺癌干细胞抑制EMT和转移的作用及机制

Cancer stem cells play a major role in drug resistance, metastasis and recurrence. Hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) is a transcription factor which is closely related to the cancer stem cell phenotype under hypoxic conditions. Our preliminary studies have shown that the natural compound lovastatin could: 1) inhibit the proliferation and induce apoptosis in the highly malignant MDA-231 cells; 2) suppress the proliferation and tumorsphere formation of breast cancer stem cells derived from MDA-231 cells; 3) down-regulate the protein level of HIF-1alpha and the reverse the expression of epithelial-mesenchymal transition (EMT) and metastasis-related proteins. We hypothesize that lovastatin can inhibit the EMT phenotype and the metastatic potential through inhibition of HIF-1 activity and can be used as a drug to treat breast cancer through targeting cancer stem cells. This project is intended to study the effects of lovastatin on the biological properties of breast cancer stem cells especially on the EMT and metastasis and explore the molecular mechanisms involved, using in vitro molecular and cell culture models, in vivo bioluminescent imaging model, and breast cancer clinical samples. Implementation of this project will provide an important experimental and theoretical basis for pushing forward the clinical use of lovastatin as a natural anti-breast cancer drug.

肿瘤干细胞是肿瘤耐药、转移和复发的根源。缺氧诱导因子HIF-1是肿瘤在缺氧条件下与干细胞表型获得密切相关的转录因子。我们研究发现，天然化合物洛伐他汀（LV）能够：1）抑制高度恶性的MDA-231乳腺癌细胞的增殖并诱导其凋亡；2）抑制来源于MDA-231的肿瘤干细胞的增殖和肿瘤球形成；3）下调MDA-231细胞中HIF-1alpha的蛋白水平并可逆转EMT和转移相关蛋白的表达。我们推想LV有可能通过降低HIF-1的活性抑制EMT表型和转移能力，因而可作为一种靶向乳腺癌干细胞的药物应用于乳腺癌治疗。本项目利用体外分子细胞模型、活体生物发光成像模型并结合临床乳腺癌标本，研究LV在体内外对乳腺癌干细胞特性特别是对EMT和转移的影响并探讨其分子机制，为将LV作为抗乳腺癌的天然药物推向临床奠定坚实的实验和理论基础。

三阴性乳腺癌是预后最差的乳腺癌亚型。尽管现有治疗手段对其它类型的乳腺癌有较好疗效，但对于三阴性的乳腺癌由于缺乏有效的靶向治疗药物效果并不理想。因此，探索针对三阴性乳腺癌的药物是乳腺癌治疗学研究中一项非常紧迫的任务。. 乳腺癌干细胞（breast cancer stem cells, BCSCs）是乳腺癌耐药、转移和复发的主要根源，治疗乳腺癌需要根除BCSCs 才能达到理想的效果。植物源性化合物因其在肿瘤干细胞中的作用近年受到人们的高度重视。洛伐他汀（Lovastatin, LV）是从食物如大米和山药经土曲霉菌（Aspergillus）或红曲霉菌（Monascus）发酵后产生的代谢产物中提取的天然化合物。近年来，LV 的抗肿瘤作用受到人们越来越多的关注。. 在本项目中，我们的研究表明，在体外，洛伐他汀能够有效地抑制来源于三阴性乳腺癌的BCSCs 样细胞的增殖、自我更新、肿瘤球形成、迁移、EMT和干性特征且促进凋亡，而对非三阴性乳腺癌的BCSCs 样细胞作用不明显。在裸鼠移植瘤模型中，我们发现LV能够抑制MDA-MB-231细胞系的BCSCs 样细胞体内乳腺脂肪垫原位成瘤能力。在裸鼠转移瘤模型中，我们发现LV抑制MDA-MB-231 细胞系的BCSCs 样细胞体内肝转移。. 我们进一步将LV包裹至硅质体（一种含硅的复合脂质体纳米材料），获得了一种新型抑制乳腺癌的纳米药物，即硅脂体LV。该药在体外实验中与未包裹的LV裸药具有相似的抑制乳腺癌细胞的作用；而在裸鼠动物实验中，硅脂体LV抑制MDA-MB-231乳腺癌细胞移植瘤的作用明显优于未包裹的LV。该药已获国家发明专利授权（专利号：ZL201610072500.5）。. 我们应用TMT标记和质谱分析方法，对LV作用的分子机制进行了进一步研究。我们发现，LV处理MDA-MB-231细胞的BCSCs 样细胞赖氨酸琥珀酰化和巴豆酰化发生改变。琥珀酰化的改变主要集中在细胞骨架和细胞代谢相关通路；而巴豆酰化的改变主要集中在核糖体生物发生和细胞自噬两个与细胞应激相关的通路。.上述结果为进一步深入研究LV作用于三阴性乳腺癌干细胞的分子机制及其作用的直接靶点奠定了坚实的实验基础，为将LV推向临床用于三阴性乳腺癌的治疗提供的新的思路。